KR20180020928A - Anode Material Comprising Silicon flake and the Preparing Method of Silicon flake - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to: an anode material which is represented by chemical formula 1, xSi·(1-x)A, and includes silicon flakes having a hyperporous structure as an active material; and a manufacturing method of the silicon flakes. In the chemical formula 1, x satisfies 0.5 <= x <= 1.0 and A is impurity and is at least one compound selected from a group consisting of Al_2O_3, MgO, SiO_2, GeO_2, Fe_2O_3, CaO, TiO_2, Na_2O K_2O, CuO, ZnO, NiO, Zr_2O_3, Cr_2O_3, and BaO. The present invention can improve lifespan characteristics and rate characteristics.

Description

실리콘 플레이크를 포함하는 음극재 및 실리콘 플레이크의 제조방법 {Anode Material Comprising Silicon flake and the Preparing Method of Silicon flake} [0001] The present invention relates to an anode material including a silicon flake and a method for manufacturing the silicon flake,

본 발명은 실리콘 플레이크를 포함하는 음극재 및 실리콘 플레이크의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to an anode material comprising a silicon flake and a process for producing the silicon flake.

화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지, 청정 에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.Due to the rapid increase in the use of fossil fuels, the demand for the use of alternative energy and clean energy is increasing. As a part of this trend, the most active field of research is electric power generation and storage.

현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다. At present, a typical example of an electrochemical device utilizing such electrochemical energy is a secondary battery, and the use area thereof is gradually increasing.

최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고 사이클 수명이 길며 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.2. Description of the Related Art [0002] Recently, as technology development and demand for portable devices such as portable computers, portable phones, and cameras have increased, the demand for secondary batteries as energy sources has increased sharply. Among such secondary batteries, they exhibit high energy density and operating potential, Many studies have been made on a lithium secondary battery having a long self discharge rate, and it has been commercialized and widely used.

또한, 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라, 대기 오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석 연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로는 주로 니켈 수소금속 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 단계에 있다.In addition, as interest in environmental issues grows, research on electric vehicles and hybrid electric vehicles that can replace fossil-fueled vehicles such as gasoline vehicles and diesel vehicles, which are one of the major causes of air pollution, have. Although nickel-metal hydride secondary batteries are mainly used as power sources for such electric vehicles and hybrid electric vehicles, researches using lithium secondary batteries having high energy density and discharge voltage are being actively carried out, and they are in the commercialization stage.

리튬 이차전지의 음극(anode) 활물질로서는 흑연을 포함하는 재료가 널리 이용되고 있는 실정이다. 흑연을 포함하는 재료가 리튬을 방출할 때의 평균 전위는 약 0.2V (Li / Li+ 기준)이며, 방전 시 그 전위가 비교적 평탄하게 추이(推移)한다. 이 때문에 전지의 전압이 높고 일정해지는 장점이 있다. 그러나, 흑연 재료의 단위 질량당 전기적 용량(capacity)은 372 mAh/g로 작은 반면, 현재 흑연 재료의 용량은 상기 이론적인 용량에 가깝게 향상되어 있기 때문에, 추가적인 용량 증가는 어려운 실정이다.As an anode active material of a lithium secondary battery, a material containing graphite is widely used. The average potential when the material containing graphite releases lithium is about 0.2 V (based on Li / Li +), and the potential thereof changes relatively smoothly during discharging. This has the advantage that the voltage of the battery is high and constant. However, since the electrical capacity per unit mass of the graphite material is as small as 372 mAh / g, the capacity of the graphite material at present is improved close to the theoretical capacity, so that the additional capacity increase is difficult.

이에 리튬 이차전지의 추가적인 고용량화를 위해서, 여러 가지 음극 활물질이 연구되고 있다. 고용량의 음극 활물질로서는, 리튬과 금속 간 화합물을 형성하는 재료, 예를 들면, 실리콘이나 주석 등이 유망한 음극 활물질로 기대되고 있다. 특히, 실리콘은 흑연에 비해 약 10 배 이상의 높은 이론 용량 (4,200 mAh/g)을 가지는 합금 타입의 음극 활물질로서, 오늘날 리튬 이차전지의 음극 활물질로서 각광받고 있다. In order to further increase the capacity of the lithium secondary battery, various anode active materials have been studied. As a high capacity negative electrode active material, a material which forms an intermetallic compound with lithium, for example, silicon or tin, is expected as a promising negative electrode active material. Especially, silicon is an alloy type anode active material having a theoretical capacity (4,200 mAh / g) higher than that of graphite by about 10 times or more, and has been attracting attention as an anode active material of lithium secondary batteries today.

그러나 실리콘은 충방전 시 큰 부피 변화 (~300%)가 일어나고, 그에 따라 물질 간의 물리적 접촉이 끊어져 파편화가 발생하므로, 급격히 이온 전도성, 전기 전도성 등이 저하되기 때문에 실제적인 수명특성이 급감하는 경향을 보인다.However, since silicon has a large volume change (~ 300%) during charging and discharging, physical contact between the materials is broken and fragmentation occurs, the ionic conductivity and electric conductivity are rapidly reduced, see.

이에 따라, Si의 부피변화에 의한 문제점을 해결 가능한 나노구조를 가지는 Si을 설계/합성하는 bottom-up 방식이 최근 큰 관심을 받고 있으나 제조 공정이 복잡하고 그 수율이 낮으며 제조단가가 높아 이를 상용화하기에는 미흡한 단점이 있다.Accordingly, a bottom-up method of designing / synthesizing Si having a nanostructure capable of solving the problem caused by a change in the volume of Si has received great attention in recent years. However, since the manufacturing process is complicated, the yield is low, and the manufacturing cost is high, There is a drawback in that it is insufficient.

따라서, 실리콘을 리튬 이차전지에 적용하기 위해 수명 특성 및 레이트 특성을 향상시키는 동시에, 충방전 시의 부피 변화를 최소화하기 위한 기술 개발의 필요성이 높은 실정이다.Therefore, in order to apply silicon to a lithium secondary battery, it is highly necessary to develop a technique for improving lifetime characteristics and rate characteristics and minimizing volume change during charging and discharging.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 값싼 점토(clay)로부터 금속 환원제를 이용하여 초기공 구조의 플레이크 형상의 실리콘을 합성하는 경우, 제조 비용의 감소 및 제조 공정의 단순화가 가능할 뿐 아니라, 형성된 실리콘 플레이크를 음극 활물질로 사용하여 리튬 이차전지를 제조하는 경우, 충방전 시의 부피 팽창을 완충하고, 수명 특성 및 레이트 특성이 모두 향상되는 효과를 발휘함을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments and have found that when synthesizing flake-shaped silicon of an initial hollow structure by using a metal reducing agent from cheap clay, the manufacturing cost is reduced and the manufacturing process is simplified In addition, it has been confirmed that when the lithium secondary battery is manufactured by using the formed silicon flake as the negative electrode active material, the volumetric expansion during charging and discharging is buffered, and the life characteristic and the rate characteristic are both improved. .

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 음극재는, 하기 화학식 1으로 표현되고, 초기공(hyperporous) 구조를 가지는 실리콘 플레이크(silicone flake)를 활물질로서 포함하는 것을 특징으로 한다.The anode material of the present invention for achieving this object is characterized by including a silicone flake represented by the following formula (1) and having an initial hyperporous structure as an active material.

xSi·(1-x)A (1)xSi (1-x) A (One)

상기 식에서, In this formula,

0.5≤ x ≤1.0이고;0.5? X? 1.0;

A은 불순물로서, Al2O3, MgO, SiO2, GeO2, Fe2O3, CaO, TiO2, Na2O K2O, CuO, ZnO, NiO, Zr2O3, Cr2O3 및 BaO로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물이다.A is an impurity, Al 2 O 3, MgO, SiO 2, GeO 2, Fe 2 O 3, CaO, TiO 2, Na 2 OK 2 O, CuO, ZnO, NiO, Zr 2 O 3, Cr 2 O 3 And BaO.

여기서, 상기 x는 중량비이며, 상기 '실리콘 플레이크(silicon flake)'는 구체적으로, 2차원 결정 형태 또는 사면체(tetrahedral) 결정 형태를 갖는 실리콘 원자들이 2차원적으로 주기적으로 배열되어 있는 판상(plate) 구조 또는 실질적인 판상 구조를 의미한다.Here, x is a weight ratio, and specifically, the 'silicon flake' is a plate in which silicon atoms having a two-dimensional crystal form or a tetrahedral crystal form are two-dimensionally periodically arranged, Structure or a substantially plate-like structure.

또한, 상기 '초기공(hyperporous) 구조'는 기공의 크기를 기준으로 분류했을 때, 대공극, 중공극 및 미세공극이 함께 형성되어 있는 구조를 의미한다.In addition, the 'hyperporous structure' refers to a structure in which large pores, hollow pores, and micropores are formed together when classified based on the pore size.

따라서, 상기 초기공 구조를 가지는 실리콘 플레이크는, 예를 들어, 기공 크기가 50 nm 초과 내지 500 nm 범위 내인 대공극, 기공 크기가 2 nm 초과 내지 50 nm인 중공극, 및 기공 크기가 0.5 nm 내지 2 nm인 미세공극을 포함하는 초기공 구조를 가질 수 있다.Thus, the silicon flake having the initial hollow structure can be prepared, for example, as a large pore having a pore size in the range of more than 50 nm to 500 nm, a hollow electrode having a pore size of more than 2 nm to 50 nm, Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 2 nm. &Lt; / RTI &gt;

이러한 초기공 구조는, 본원발명의 실리콘 플레이크가 합성될 때 형성되는 것인데, 이하에서 설명하는 바와 같이, 본원발명의 실리콘 플레이크는 점토와 금속 환원제를 열처리하는 금속열환원법에 의해 합성된다. 이 경우, 먼저 점토와 금속 환원제의 표면 반응을 통해 점토의 표면에는 중공극과 미세공극이 함께 형성되고, 대공극은 형성이 이루어지지 않는다. 이후, 상기 반응이 진행될수록, 표면에 형성된 중공극과 미세공극을 통해 점토의 내부로 침투한 금속환원제는 내부 환원반응을 일으키고, 내부에서 형성된 금속 산화물들은 추후 대공극을 형성시키는 역할을 수행하면서 이후 이러한 금속 산화물을 제거하는 후처리를 통해 금속 산화물의 자리에 대공극이 형성됨에 따라 초기공 구조가 완성된다.Such an initial hollow structure is formed when the silicon flakes of the present invention are synthesized. As described below, the silicon flakes of the present invention are synthesized by a metal thermal reduction method in which clay and a metal reducing agent are heat-treated. In this case, through the surface reaction of the clay and the metal reducing agent, mesopores and micropores are formed together on the surface of the clay, and the large pores are not formed. Thereafter, as the reaction progresses, the metal reducing agent that has penetrated into the clay through the mesopores and micropores formed on the surface causes an internal reduction reaction, and the metal oxides formed therein form a pore later The post-treatment for removing the metal oxide forms an air gap in the place of the metal oxide, thereby completing the initial hollow structure.

이와 같은 초기공 구조의 실리콘 플레이크들을 음극 활물질로 사용하는 경우에는, 초기공 구조에 의해 충방전 시의 실리콘 부피 팽창을 완화할 수 있고, 전해질과의 접촉면적을 넓히면서 리튬 이온의 이동거리를 줄임으로써 나타나는 수명 특성 및 레이트 특성이 현저히 향상되는 효과를 발휘할 수 있다.In the case of using the silicon flakes having the initial open structure as the negative electrode active material, the expansion of the silicon volume at the time of charge and discharge can be mitigated by the initial hole structure, and the moving distance of the lithium ion is reduced while widening the contact area with the electrolyte It is possible to exhibit an effect of significantly improving lifetime characteristics and rate characteristics.

상기 의도하는 효과를 더욱 효과적으로 발휘할 수 있고, 부피 대비 우수한 용량의 구현하기 위한 상기 초기공 구조를 가지는 실리콘 플레이크의 공극들의 평균 기공 직경은 100 nm 내지 150 nm이며, 전체 부피를 기준으로 10% 내지 50%의 공극률, 상세하게는 10% 내지 30%의 공극률을 가질 수 있다.The average pore diameter of the pores of the silicon flakes having the initial pore structure for realizing the intended effect can be more effectively exhibited and the volume of the pore of the silicon flakes having the initial pore structure is 100 nm to 150 nm, % Porosity, in particular 10% to 30% porosity.

또한, 실리콘 플레이크의 BET 표면적은, 70 m2/g 내지 250 m2/g일 수 있다. 상세하게는 120m2/g 내지 210 m2/g일 수 있고, 더욱 상세하게는, 150m2/g 내지 190 m2/g일 수 있다.In addition, the BET surface area of the silicon flakes may be from 70 m 2 / g to 250 m 2 / g. In detail, it may be 120 m 2 / g to 210 m 2 / g, and more specifically 150 m 2 / g to 190 m 2 / g.

여기서, 상기 공극률은 공극들의 전체부피와 탭밀도를 기준으로 대략적으로 계산하였고, 상기 BET 표면적은, Micromeritics ASAP 2020 instrument를 이용하여 질소 흡착 탈착 등온선 측정 방법(N2 adsorption-desorption isotherm measurement)에 의하여 측정하였다. 아울러, 상기 결과에 BJH(Barrett, Johner and Halenda) 방정식을 적용하여 평균 기공 직경을 계산하였다.Here, the porosity was roughly calculated based on the total volume of pores and the tap density, and the BET surface area was measured by a nitrogen adsorption-desorption isotherm measurement using a Micromeritics ASAP 2020 instrument . In addition, the average pore diameter was calculated by applying the BJH (Barrett, Johner and Halenda) equation to the above results.

상기 실리콘 플레이크는 또한, 20 내지 100 nm의 두께를 가질 수 있고, 200 nm 내지 50 ㎛의 크기를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The silicone flakes may also have a thickness of 20 to 100 nm and may have a size of 200 nm to 50 탆, but are not limited thereto.

다만, 상기 범위를 만족할 정도로 얇고 대면적으로 형성되는 경우, 보다 리튬 이온의 이동거리를 효과적으로 감소시키는 한편, 전해질의 함침이 용이한 바, 더욱 바람직하다. 상세하게는, 상기 실리콘 플레이크는 30 내지 50 nm의 두께를 가질 수 있고, 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 크기를 가질 수 있다.However, when the electrolyte membrane is formed to be thin and large enough to satisfy the above range, it is more preferable that the electrolyte membrane is easily impregnated while effectively reducing the moving distance of lithium ions. Specifically, the silicon flakes may have a thickness of 30 to 50 nm and may have a size of 1 to 5 占 퐉.

이러한, 실리콘 플레이크는 겹쳐 형성되는 구성을 하나의 단위(1개)로 할 때 1개가 형성될 수도 있으나, 상기 실리콘 플레이크를 형성하는 합성 조건에 따라, 2개 내지 6개, 상세하게는 2 내지 4개의 플레이크가 적층될 수도 있고, 이에 한정되지 아니한다. 리튬 이차전지의 음극 활물질로서 사용하는 경우에는 2개 이상의 실리콘 플레이크가 적층된 형태로 사용할 수 있다. 따라서, 상기 '실리콘 플레이크를 활물질로서 포함한다'함은, 상기 실리콘 플레이크 형상 물질을 하나의 단위체로 할 때 1개 이상 적층된 경우를 포함하는 것은 물론이다.One such silicone flake may be formed when one unit (one unit) of the silicone flakes is formed in a stacked configuration. However, depending on the synthesis conditions for forming the silicon flakes, two to six silicon flakes, specifically, two to four silicon flakes Flakes may be stacked, but not limited thereto. When used as a negative electrode active material of a lithium secondary battery, two or more silicon flakes may be used in a laminated form. Accordingly, it is a matter of course that the 'including silicon flakes as an active material' includes a case where one or more silicon flakes are laminated when the silicon flakes are used as one unit.

한편, 본 발명에 따른 실리콘 플레이크는, 활물질로서 사용되는 경우, 더욱 전자 전도성을 높여 레이트 특성을 향상시키기 위해, 탄소 코팅될 수 있다.On the other hand, when used as an active material, the silicon flakes according to the present invention can be carbon-coated to further improve the rate characteristics by increasing the electron conductivity.

이때, 상기 탄소 코팅은 실리콘 플레이크의 제조과정에서 추가적인 공정으로 수행할 수 있고, 구체적인 내용은 이하 제조방법에서 구체적으로 설명한다.At this time, the carbon coating can be carried out as an additional step in the process of manufacturing the silicon flake, and the concrete contents will be described in detail in the following production method.

상기 탄소 코팅은 1 내지 100 nm, 상세하게는 3 내지 30 nm, 더 상세하게는, 5 nm 내지 15nm의 두께를 가질 수 있다.The carbon coating may have a thickness of 1 to 100 nm, in particular 3 to 30 nm, more particularly 5 nm to 15 nm.

상기 범위를 만족하는 경우, 탄소 코팅으로부터 얻고자 한 레이트 특성이 개선되고, 탄소 코팅이 균일하게 형성될 수 있어, 결과적으로 전기화학적 성능이 향상되고, 전체 부피 대비 용량을 발현하는 실리콘의 함유량이 적절하게 확보되어 용량이 감소의 문제가 방지될 수 있다.When the above range is satisfied, the rate characteristics to be obtained from the carbon coating are improved, the carbon coating can be uniformly formed, and as a result, the electrochemical performance is improved and the silicon content So that the problem of capacity reduction can be prevented.

한편, 본 발명은 또한, 상기 실리콘 플레이크를 제조하는 방법으로서, On the other hand, the present invention also relates to a method for producing the silicone flake,

i) 점토(clay) 및 금속 환원제의 혼합물을 섭씨 500도 내지 800도에서 30 분 내지 6 시간 동안 열처리하는 과정;i) heat treating the mixture of clay and metal reducing agent at 500 to 800 degrees Celsius for 30 minutes to 6 hours;

ii) 상기 열처리된 혼합물을 산성 용액에 넣어 교반하는 과정; 및ii) stirring the heat-treated mixture in an acidic solution; And

iii) 상기 교반이 완료된 결과물로부터 초기공 구조의 실리콘 플레이크를 수득하는 과정;iii) obtaining an initial hollow structure silicon flake from the result of the stirring;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 플레이크의 제조방법을 제공한다.And a method for producing a silicon flake.

상기와 같은 방법에 따라, 점토와 금속 환원제의 균일한 혼합물을 금속환원제의 녹는점 부근에서 반응을 보내면, 금속 환원제가 녹기 시작하여, 점토의 표면에서 환원반응을 일으키며 최외곽층의 실리카를 실리콘으로 환원시키면서 과량의 발열량을 방출하게 된다. 그리고, 이렇게 방출된 발열량은 점토 내에 금속 산화물로 이루어진 하위층으로 전달되며 상기 금속 산화물이 역촉매(Negative catalyst)의 역할을 수행하면서 환원반응으로부터 발생한 과량의 발열량을 완화하는 열 스캐빈져의 역할 또한 수행한다. 그리고, 이후, 이러한 금속 산화물을 제거하는 산성 용액 후처리를 통해 금속 산화물의 자리에 대공극이 형성되어 원래 존재하는 중공극과 미세공극과 함께 초기공 구조의 실리콘 플레이크를 얻을 수 있다.When a uniform mixture of the clay and the metal reducing agent is reacted in the vicinity of the melting point of the metal reducing agent as described above, the metal reducing agent begins to melt, causing a reduction reaction on the surface of the clay, And an excessive amount of heat is released while being reduced. The amount of heat released is transferred to the lower layer of the metal oxide in the clay, and the metal oxide plays a role of a negative catalyst, and plays a role of a heat scavenger that mitigates an excessive amount of calories generated from the reduction reaction do. Then, after the acidic solution post-treatment to remove the metal oxide, a large pore is formed in the place of the metal oxide to obtain silicon flakes having the original hollow structure together with the original hollow pores and micropores.

이때, 실리콘 플레이크를 얻기 위해 사용되는 점토(clay)는 층상 구조를 가질 수 있으며, 상세하게는, 실리콘 플레이크의 형상에 상응되는 판상 구조에 상응하는 구조를 가질 수 있다.At this time, the clay used for obtaining the silicon flakes may have a layered structure, and in particular, a structure corresponding to a plate-like structure corresponding to the shape of the silicon flakes.

이와 같이, 쉽게 구할 수 있고 값싼 점토로부터 순도가 90중량% 이상, 상세하게는 95중량% 이상의 고순도 실리콘을 얻을 수 있는 바, 상기와 같은 제조방법에 의하는 경우, 제조 비용 및 공정 측면에서 매우 우수하다.In this way, high purity silicon having a purity of 90 wt% or more, in detail, 95 wt% or more can be obtained from easily obtainable and cheap clay. With the above-mentioned production method, Do.

상기 점토는, 구체적으로, 층상구조를 가지는 점토라면 한정되지 아니하나, 점토 광물로서 몬모릴로나이트(montmorillonite), 운모(mica), 활석(talc), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 광물을 포함하는 것일 수 있고, 상세하게는, 활석(talc)일 수 있다.Specifically, the clay is not limited as long as it is a clay having a layered structure, but includes minerals selected from the group consisting of montmorillonite, mica, talc, and combinations thereof as clay minerals And, in particular, may be talc.

이와 같이 점토에 포함되는 광물의 종류에 따라, 포함되는 금속 산화물의 종류가 다를 수 있고, 따라서, 점토에 포함되어 있는 실리카를 환원시켜 실리콘을 얻기 위한 금속 환원제는 상기 점토에 포함되어 있는 실리콘 산화물을 제외한 금속 산화물과 동일한 금속일 수 있으며, 상세하게는, Al, Mg, Ge, Fe, Ca, Ti, Cu, Zn, Ni, Zr, Cr, Ba 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 금속일 수 있고, 상세하게는, Al 또는 Mg일 수 있다. 이러한 금속 환원제는 상세하게는 분말 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Thus, depending on the kind of the mineral contained in the clay, the kind of the metal oxide contained may be different. Therefore, the metal reducing agent for obtaining the silicon by reducing the silica contained in the clay is not limited to the silicon oxide contained in the clay The metal may be the same metal as the metal oxide excluding the metal oxides and more specifically may be a metal selected from the group consisting of Al, Mg, Ge, Fe, Ca, Ti, Cu, Zn, Ni, Zr, Cr, Ba, And more specifically Al or Mg. Such metal reducing agents may be in powder form, but are not limited thereto.

상기 과정 i)에서 상기 점토와 금속 환원제의 혼합비는, 점토에 포함되어 있는 실리콘 산화물의 산소와 금속 환원제의 몰 비율이 1 : 0.5 내지 1 : 2가 되도록 혼합될 수 있다.In the step i), the mixing ratio of the clay and the metal reducing agent may be such that the molar ratio of the oxygen of the silicon oxide contained in the clay to the metal reducing agent is 1: 0.5 to 1: 2.

상기 범위를 벗어나, 금속 환원제가 너무 많이 포함되는 경우에는, 오히려 금속 환원제가 불순물이 될 수 있고, 너무 적게 포함되는 경우에는 실리콘으로 환원되지 않고 남아있는 실리카가 존재할 수 있는 바, 순도를 떨어뜨리게 되므로 바람직하지 않다.If the amount of the metal reducing agent is too large, the metal reducing agent may be an impurity. When the amount of the metal reducing agent is too small, the remaining silica may not be reduced to silicon. It is not preferable.

이와 같이 혼합된 점토와 금속 환원제의 혼합물은 열처리를 거치게 되고, 이러한 열처리에 의해, 점토에 함유된 실리카는 환원되어 실리콘 플레이크를 형성하고, 상기 금속 환원제는 산화되게 된다. 이러한 과정을 하나의 예로서 화학식으로 나타내면 하기와 같다:The mixture of the clay and the metal reducing agent thus mixed is subjected to a heat treatment, and by the heat treatment, the silica contained in the clay is reduced to form silicon flakes, and the metal reducing agent is oxidized. An example of such a process is represented by the following formula:

(SiO2)x(MgO)y + 2xMg → xSi + (2x+y)MgO (SiO 2) x (MgO) y + 2xMg → xSi + (2x + y) MgO

(SiO2)x(Al2O3)y + 4/3xAl → xSi + (2/3x+y)MgO(SiO 2 ) x (Al 2 O 3 ) y + 4/3 x Al → xSi + (2 / 3x + y) MgO

이와 같은 환원 반응을 위한 상기 과정 i)의 열처리는 섭씨 500도 내지 800도에서 30 분 내지 6 시간 동안 수행되고, 상세하게는, 섭씨 600도 내지 800도에서 1 시간 내지 3시간 동안 수행될 수 있다.The heat treatment of the above-mentioned step i) for the reduction reaction is performed at 500 to 800 degrees Celsius for 30 minutes to 6 hours, and more specifically, at 600 to 800 degrees Celsius for 1 to 3 hours .

상기 범위를 벗어나, 온도가 너무 낮거나 시간이 짧은 경우에는, 점토에 포함된 실리카의 환원이 충분히 이루어지지 못하여 실리콘 플레이크를 수득하기 어렵고, 온도가 너무 높거나, 시간이 긴 경우에는, 결정 구조의 재배열이 일어나는 등 소망하는 형태의 초기공 구조를 얻을 수 없는 바 바람직하지 않다. When the temperature is too low or the time is short, the silica contained in the clay is not sufficiently reduced and silicon flakes are difficult to obtain. When the temperature is too high or the time is long, It is not preferable since the initial hole structure of the desired type such as rearrangement can not be obtained.

또한, 상기 열처리는 불활성 기체를 포함하는 분위기 하에서 수행될 수 있고, 상세하게는, 질소 기체, 아르곤 기체, 네온 기체, 헬륨 기체 및 이들의 조합으로 이루어지는 군에서 선택되는 기체를 포함하는 분위기 하에서 수행할 수 있으며, 상세하게는 아르곤 기체 분위기 하에서 수행될 수 있다.Further, the heat treatment may be performed in an atmosphere containing an inert gas, and more specifically, it may be performed in an atmosphere containing a gas selected from the group consisting of nitrogen gas, argon gas, neon gas, helium gas and combinations thereof And specifically can be performed under an argon gas atmosphere.

상기 과정에서 산화된 금속 환원제는 산화물을 형성하며, 이는 불순물로서 작용하는 바, 이후 과정 ii)에서 이루어지는 산성 용액과의 교반으로 제거하여 환원된 실리콘 플레이크만을 고순도로 수득할 수 있다.In this process, the oxidized metal reducing agent forms an oxide, which acts as an impurity, and can be removed by stirring with the acidic solution in the subsequent step ii) to obtain only the reduced silicon flake with high purity.

이때, 상기 과정 ii)의 산성 용액에 넣어 교반하는 과정은, 제 1 산성 용액에 넣어 교반하는 과정; 및 제 2 산성 용액에 넣어 교반하는 과정을 순차적으로 수행할 수 있다.At this time, the step of stirring in the acidic solution of step ii) is carried out by stirring in a first acidic solution; And stirring the mixture in a second acidic solution can be carried out sequentially.

이와 같이 두 번의 산성 용액에 넣어 교반하는 것은, 열처리를 통한 환원 반응이 완료된 혼합물에 존재하는 금속 산화물과, 반응하지 못하고 남아있는 실리카를 모두 제거하기 위함이다.The stirring in the two acidic solutions is performed in order to remove both the metal oxide present in the mixture subjected to the reduction reaction by the heat treatment and the remaining silica which has not reacted.

이러한 금속 산화물과 실리카의 제거에 사용되는 산성용액, 은 상세하게는, 염산, 질산, 황산, 인산, 불산, 과염소산, 염소산, 아염소산, 차아염소산, 요오드산, 및 이들의 조합들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 즉 제1 산성 용액 및 제2 산성 용액은 각각 독립적으로 염산, 질산, 황산, 인산, 불산, 과염소산, 염소산, 아염소산, 차아염소산, 요오드산, 및 이들의 조합들로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다. 더욱 상세하게는, 제 1 산성 용액은 염산이고, 제 2 산성 용액은 불산일 수 있다. 상기 염산은 금속 산화물을 녹이며, 상기 불산은 실리카를 녹이는 역할을 수행한다.The acidic solution used for the removal of the metal oxide and the silica is specifically the acid solution from the group consisting of hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid, perchloric acid, chloric acid, chlorous acid, hypochlorous acid, iodic acid, It can be selected. The first and second acidic solutions may each independently be selected from the group consisting of hydrochloric, nitric, sulfuric, phosphoric, hydrofluoric, perchloric, chloric, chlorous, hypochlorous, iodic, . More specifically, the first acidic solution may be hydrochloric acid and the second acidic solution may be hydrofluoric acid. The hydrochloric acid dissolves the metal oxide, and the hydrofluoric acid dissolves the silica.

이와 같이 산성 용액과 교반하는 과정은, 잔류하는 불순물의 함유량에 따라 적절히 결정될 수 있고, 상세하게는, 섭씨 24도 내지 40도에서 5분 내지 5시간 동안 수행될 수 있으며, 제 1 산성 용액이 염산일 때, 제 1 산성 용액과의 교반 시간은 구체적으로 섭씨 30도 내지 40도에서 2시간 내지 5시간동안 수행될 수 있고, 제 2 산성 용액이 불산일 때, 제 2 산성 용액과의 교반 시간은 상온에서 5 내지 30분 동안 수행될 수 있다. The process of stirring with the acidic solution as described above may be appropriately determined depending on the content of the remaining impurities, and specifically, it may be performed at 24 to 40 degrees Celsius for 5 minutes to 5 hours, , The stirring time with the first acidic solution can be specifically performed at 30 to 40 degrees Celsius for 2 to 5 hours and when the second acidic solution is hydrofluoric acid, the stirring time with the second acidic solution is For 5 to 30 minutes at room temperature.

이와 같이 불순물까지 제거된 물질은 상기 과정 iii)에서 상기 교반이 완료된 결과물로부터 초기공 구조의 실리콘 플레이크를 수득할 수 있다. 상기 초기공 구조의 실리콘 플레이크를 수득 또는 분리하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 그 예로서, 필터링 또는 원심분리기를 통해 진행될 수 있다.The material having the impurities removed as described above can be obtained from the result of the stirring in the step (iii) above. The method of obtaining or separating the silicon flakes of the initial hollow structure is not particularly limited, but may be performed, for example, through filtering or centrifuging.

상기 원심분리기로 용액에 포함된 결과물을 수득하는 방법은 당업계에서 알려진 바와 같고, 상기 필터링은 상세하게는 진공필터를 통하는 방법일 수 있고, 진공필터를 통해 결과물을 수득하는 방법은, 진공필터를 적절히 셋업한 후, 진공필터 용기에 상기 교반이 완료된 용액을 부음으로써 산성 용액과 기타 용매들을 실리콘 플레이크와 분리시킬 수 있다. The method of obtaining the result contained in the solution by the centrifugal separator is as known in the art and the filtration may be a method through a vacuum filter in detail and a method for obtaining the resultant through a vacuum filter may be a vacuum filter After properly set up, the acid solution and other solvents can be separated from the silicon flakes by pouring the stirred solution into the vacuum filter vessel.

이때, 원심분리기를 이용하여 수득하는 방법은, 용매의 부피가 최소 200ml 이상이며, 산성 용액과 같이 중성 용액일 때 완전한 분리가 어렵다는 문제가 있는 바, 상세하게는, 상기 필터링을 통해 상기 교반이 완료된 물질로부터 초기공 구조의 실리콘 플레이크를 합성하는 것이 보다 바람직하다.At this time, the method of obtaining by centrifugal separator has a problem that the volume of the solvent is at least 200 ml or more and it is difficult to complete separation when it is a neutral solution such as an acidic solution. More specifically, It is more preferable to synthesize a silicon flake having an initial hollow structure from a material.

한편, 상기 실리콘 플레이크의 제조방법은,In the meantime,

iv) 상기 수득된 실리콘 플레이크에 탄소 함유 가스를 공급하며 열처리하는 과정;을 더 포함할 수 있다.iv) supplying the carbon-containing gas to the obtained silicon flake and subjecting it to heat treatment.

이와 같은 과정을 거침으로써, 탄소가 코팅된 실리콘 플레이크를 수득할 수 있다.By carrying out such a process, a carbon-coated silicon flake can be obtained.

이때, 상기 탄소 함유 가스는, 아세틸렌 가스, 에틸렌 가스, 프로틸렌 가스, 메탄 가스, 에탄 가스 및 이들의 조합에서 선택되는 것일 수 있고, 상세하게는, 아세틸렌 가스일 수 있다.At this time, the carbon-containing gas may be selected from acetylene gas, ethylene gas, propylene gas, methane gas, ethane gas, and combinations thereof, and more specifically, acetylene gas.

또한, 탄소 함유 가스를 통해 탄소를 코팅하기 위한 상기 과정 iv)의 열처리는 500도 내지 1,000도에서 1분 내지 30분 상세하게는, 1분 내지 10분 동안 수행될 수 있다.Further, the heat treatment of the above-mentioned process iv) for coating carbon through the carbon-containing gas may be performed for 1 minute to 30 minutes at 500 to 1,000 degrees, and for 1 minute to 10 minutes.

상기 범위를 벗어나, 너무 낮은 온도에서 수행하거나, 너무 짧은 시간 동안 수행하는 경우에는 소망하는 정도의 탄소 코팅이 이루어지지 않고, 너무 높은 온도에서 수행하거나, 너무 긴 시간 동안 수행하는 경우에는, 실리콘 플레이크의 결정구조 및 초기공 구조에 영향을 미치고, 탄소가 코팅되는 형태가 아니라 실리콘 플레이크와 복합체를 이루는 형태로 그 구조가 변형될 수 있는 바, 바람직하지 않다.If it is carried out at too low a temperature outside of the above range, or if it is carried out for too short a time, a desired degree of carbon coating is not achieved and if it is carried out at too high a temperature or for a too long time, The crystal structure and the initial vacancy structure are affected and the structure can be modified in a form to form a complex with the silicon flake instead of the carbon-coated form, which is not preferable.

이와 같이 제조 완료 단계에서 탄소 함유 가스를 사용하여 실리콘 플레이크에 탄소를 코팅하는 경우에는, 탄소가 실리콘의 공극을 막지 않으면서 연결성을 가지고 있어 전자 이동 통로(path)를 효과적으로 형성할 뿐 아니라, 가스 상태로 코팅되기 때문에 실리콘 플레이크의 표면에 고르게 코팅될 수 있는 바, 제조 중간에 탄소 화합물을 넣어 함께 반응시킴으로써 실리콘과 탄소 화합물의 복합체를 형성함에 따라, 탄소 화합물이 실리콘과 복합체를 형성하면서 탄소 화합물이 공극의 형성을 방해할 수 있고, 금속열환원 반응에서 발생한 과량의 발열량으로 인해, 실리콘 카바이드가 형성될 수 있으나, 이러한 실리콘 카바이드는 전기화학적으로 비활성인 바, 실리콘 플레이크의 구조적 유지와 균일한 탄소 코팅, 및 활물질의 손실 방지 측면에서 더욱 우수하다.When carbon is coated on the silicon flakes using the carbon-containing gas in the completion of the manufacturing process, the carbon is not blocked by the pores of the silicon, so that the carbon has the connectivity and effectively forms the electron transfer path, It can be coated evenly on the surface of the silicon flakes. By forming a complex of silicon and a carbon compound by reacting the carbon compound in the middle of the production, the carbon compound forms a complex with silicon, Silicon carbide can be formed due to an excessive amount of heat generated in the metal thermal reduction reaction. However, such silicon carbide is electrochemically inactive, the structural maintenance of silicon flakes and the uniform carbon coating, And in terms of prevention of loss of active material The.

본 발명은 또한 상기 음극재를 포함하는 음극 및 이러한 음극을 포함하는 이차전지를 제공한다.The present invention also provides a negative electrode including the negative electrode material and a secondary battery including such a negative electrode.

본 발명에 따른 상기 이차전지는 일반적으로 양극, 음극, 분리막 및 리튬염 함유 비수 전해질을 포함하는 것으로 구성된다. 따라서, 이하에서는 앞서 설명한 본 발명에 따른 음극재 이외에 리튬 이차전지를 구성하는 기타 성분들에 대해 설명한다.The secondary battery according to the present invention generally comprises an anode, a cathode, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt. Therefore, other components constituting the lithium secondary battery in addition to the above-described negative electrode material according to the present invention will be described below.

상기 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 결착제의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared by applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder on a positive electrode current collector, and drying the mixture. Optionally, a filler may be further added to the mixture.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + yMn2 - yO4 (여기서, y 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, y = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - yMyO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, y = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; The formula Li 1 + y Mn 2 - y O 4 (Where y is 0 to 0.33), lithium manganese oxides such as LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 and LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; Formula LiNi 1 - y M y O 2 ( where, the M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, y = 0.01 ~ 0.3 Im) Ni site type lithium nickel oxide which is represented by; Formula LiMn 2 - y M y O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, y = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 그래핀, 흑연 펠렛, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; CNT 등의 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples thereof include graphite such as graphene, graphite pellets, natural graphite and artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber such as CNT; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 결착제는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 결착제의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산(PAA), 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding between the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid (PAA), carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone , Ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery, and may be formed of a material such as stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, or a surface of aluminum or stainless steel Treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like may be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.

상기 음극은 당업계에서 알려진 통상적인 방법에 따라 활물질, 도전재 및 결착제의 혼합물인 음극재를 음극 집전체에 결착된 형태로 제조하며, 상기 양극과 동일하게 리튬 이온을 흡장 및 방출하는 역할을 수행한다.The negative electrode is manufactured by binding an anode material, which is a mixture of an active material, a conductive material and a binder, to an anode current collector according to a conventional method known in the art, and plays a role of storing and releasing lithium ions like the anode .

상기 음극 활물질은 본원발명에서 정의하는 실리콘 플레이크 외에 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연, 채널 블랙(channel black), 아세틸렌 블랙(acetylene black), 케첸블랙, furnace 블랙(furnace black) 등의 카본 블랙(carbonblack)류, 키시흑연(Kish graphite, KG), SFG 시리즈(SFG-6, SFG-15 등), 고방향 피롤리틱 흑연(highly oriented pyrolytic graphite), MPCF(Mesophase pitch based carbon fiber), MCMB 시리즈(MCMB 2800, MCMB 2700, MCMB 2500 등)등과 같이 탄소 원자로만 이루어져 있고, 2000℃ 이상의 온도로 열처리되어 완전히 결정화된 구조(ordered structure)의 탄소재 등도 함께 사용 가능하다. In addition to the silicon flakes defined in the present invention, the negative electrode active material may include carbon black such as natural graphite, artificial graphite, channel black, acetylene black, ketjen black, furnace black, (SFG-6, SFG-15, etc.), highly oriented pyrolytic graphite, mesophase pitch based carbon fiber (MPCF), MCMB series (MCMB 2800, MCMB 2700, MCMB 2500, and the like), and can be used together with an ordered structure carbon material which is heat-treated at a temperature of 2000 ° C or higher and completely crystallized.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery, and may be formed of a material such as copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질, 도전재 및 결착제의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다. 이때 사용되는 도전재, 결착제 및 충진제의 종류 및 함?c은 상기 양극에서 설명된 내용을 참고하여 적용될 수 있다. The negative electrode is prepared by coating a negative electrode current collector with a mixture of a negative electrode active material, a conductive material and a binder, and drying the mixture. Optionally, a filler may be further added to the mixture. The kind of the conductive material, the binder and the filler to be used at this time, and the formula (c) can be applied by referring to the contents described in the anode.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

상기 리튬염 함유 비수계 전해질은 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte is composed of a non-aqueous electrolyte and a lithium salt. The non-aqueous electrolyte includes a non-aqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, and an inorganic solid electrolyte.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.

또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.For the purpose of improving the charge / discharge characteristics and the flame retardancy, the electrolytic solution is preferably mixed with an organic solvent such as pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, . In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 음극재는, 값싼 점토로부터 금속 환원제를 이용하여 합성된 초기공 구조의 실리콘 플레이크를 포함함으로써, 실리콘 플레이크의 합성에 따르는 제조 비용의 감소 및 제조 공정의 단순화가 가능할 뿐 아니라, 이를 사용하여 리튬 이차전지를 제조하는 경우, 다양한 크기의 공극들이 실리콘의 부피 팽창을 완화시키고, 마이크로미터 사이즈의 실리콘임에도 불구하고, 초기공 구조로 인해 전해질과의 접촉면적을 넓히고 기존의 벌크(bulk) 실리콘 대비 리튬 이온의 이동거리를 줄이는 바, 수명 특성 및 레이트 특성이 모두 향상되는 효과가 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the negative electrode material according to the present invention includes silicon flakes having an initial hollow structure synthesized from a cheap clay using a metal reducing agent, so that it is possible to reduce manufacturing cost and simplify the manufacturing process due to the synthesis of silicon flakes In the case of manufacturing a lithium secondary battery using the same, voids of various sizes mitigate the volume expansion of silicon, and even though it is micrometer-sized silicon, the initial hollow structure widens the contact area with the electrolyte, the movement distance of lithium ion is smaller than that of bulk silicon, and life time characteristics and rate characteristics are improved.

도 1은 실시예 1에서 사용한 점토(Talc)의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 2는 실시예 1에서 제조한 실리콘 플레이크의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 실시예 1에서 제조한 실리콘 플레이크의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 4는 실시예 1에서 제조한 실리콘 플레이크이 고배율 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 5는 실시예 1에서 제조한 실리콘 플레이크의 엑스선 회절 (XRD) 그래프이다.
도 6은 실시예 1에서 제조한 실리콘 플레이크의 반응시간에 따른 공극 형성 과정한 나타낸 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
도 7은 실시예 2에서 제조한 탄소 코팅된 실리콘 플레이크의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 8은 실시예 2에서 제조한 탄소 코팅된 실리콘 플레이크의 엑스선 회절 (XRD) 그래프이다.
도 9는 비교예 1에서 사용한 점토(Nanoclay)의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 10은 비교예 1에서 제조한 다공성 실리콘의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 11은 비교예 2에서 탄소화합물을 추가하여 제조한 실리콘 플레이크의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 12는 비교예 2에서 탄소화합물을 추가하여 제조한 실리콘 플레이크의 엑스선 회절 (XRD) 그래프이다.
도 13은 비교예 3에서 제조한 탄소 코팅된 다공성 벌크 실리콘의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 14는 비교예 4에서 제조한 초기공 구조가 없는 실리콘 플레이크의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 15는 비교예 4에서 제조한 초기공 구조가 없는 실리콘 플레이크의 엑스선 회절 (XRD) 그래프이다.
도 16은 비교예 5에서 제조한 실리콘 플레이크의 주사전자현미경 (SEM) 사진이다.
도 17은 비교예 6에서 제조한 실리콘 플레이크의 주사전자현미경 (SEM) 사진이다.
도 18은 실험예 4에서 실시예 1 및 실시예 2의 실리콘 플레이크를 활물질로서 사용하여 제조한 코인 전지의 초기 충방전 그래프이다.
도 19는 실험예 4에서 비교예 1의 벌크(bulk) 실리콘을 활물질로서 사용하여 제조한 코인 전지의 초기 충방전 그래프이다.
도 20은 실험예 4에서 비교예 2의 카본 화합물이 첨가된 실리콘 플레이크을 활물질로서 사용하여 제조한 코인 전지의 초기 충방전 그래프이다.
도 21은 실험예 4에서 비교예 3의 카본 코팅된 다공성 벌크 실리콘을 활물질로서 사용하여 제조한 코인 전지의 초기 충방전 그래프이다.
도 22는 실험예 4에서 비교예 4의 초기공 구조가 없는 실리콘 플레이크를 활물질로서 사용하여 제조한 코인 전지의 초기 충방전 그래프이다.
도 23은 실험예 5에서 실시예 1 및 실시예 2의 실리콘 플레이크를 활물질로서 사용하여 제조한 코인 전지의 충방전 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 24는 실험예 5에서 실시예 3 및 4의 다른 두께의 카본이 코팅된 실리콘 플레이크를 활물질로서 사용하여 제조한 코인 전지의 충방전 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 25는 실험예 5에서 비교예 1의 벌크(bulk) 실리콘을 활물질로서 사용하여 제조한 코인 전지의 충방전 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 26은 실험예 5에서 비교예 2의 카본 화합물이 첨가된 실리콘 플레이크를 활물질로 사용하여 제조한 코인 전지의 충방전 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 27은 실험예 5에서 비교예 3의 카본 코팅된 다공성 벌크 실리콘을 활물질로 사용하여 제조한 코인 전지의 충방전 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 28은 실험예 5에서 비교예 4의 초기공 구조가 없는 실리콘 플레이크를 활물질로서 사용하여 제조한 코인 전지의 충방전 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 29는 실험예 6에서 실시예 1 및 실시예 2의 실리콘 플레이크를 활물질로서 사용하여 제조한 코인 전지의 C-rate에 따른 충방전 특성을 나타낸 그래프이다.
도 30은 비교예 7에서 사용된 규조토의 SEM 사진이다.
도 31은 비교예 7에서 최종적으로 수득된 실리콘 플레이크들의 SEM 사진이다.
도 32는 비교예 8에서 사용된 슬래그의 SEM 사진이다.
도 33은 비교예 8에서 최종적으로 수득된 실리콘 플레이크들의 SEM 사진이다.
도 34는 실험예 4에서 실시예 1, 실시예 2, 비교예 7, 및 비교예 8의 실리콘 물질을 활물질로서 각각 사용하여 제조한 코인 전지의 초기 충방전 그래프이다.
도 35는 실험예 5에서 실시예 1, 실시예 2, 비교예 7, 및 비교예 8의 실리콘 물질을 활물질로서 사용하여 제조한 코인 전지의 충방전 수명 특성을 나타낸 그래프이다.
도 36은 실험예 6에서 실시예 1, 실시예 2, 비교예 7, 및 비교예 8의 실리콘 물질을 활물질로서 사용하여 제조한 코인 전지의 C-rate에 따른 충방전 특성을 나타낸 그래프이다.
도 37은 650도 및 6시간의 열처리 반응을 거친 실리콘 플레이크의 TEM 사진이다.
도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기공(hyperporous) 구조를 가지는 실리콘 플레이크의 모식도이다.
1 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the clay (Talc) used in Example 1. Fig.
2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the silicon flake prepared in Example 1. Fig.
3 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the silicon flake prepared in Example 1. Fig.
4 is a high magnification transmission electron microscope (TEM) photograph of the silicon flake prepared in Example 1. Fig.
5 is an X-ray diffraction (XRD) graph of the silicon flake prepared in Example 1. Fig.
6 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the silicon flake prepared in Example 1, showing the formation of voids according to the reaction time.
7 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the carbon coated silicone flake prepared in Example 2. Fig.
8 is an x-ray diffraction (XRD) graph of the carbon coated silicone flake prepared in Example 2. Fig.
9 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the clay (Nanoclay) used in Comparative Example 1. Fig.
10 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the porous silicon produced in Comparative Example 1. Fig.
11 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a silicon flake prepared by adding a carbon compound in Comparative Example 2. Fig.
12 is an x-ray diffraction (XRD) graph of a silicon flake prepared by adding a carbon compound in Comparative Example 2. Fig.
13 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the carbon-coated porous bulk silicon produced in Comparative Example 3. Fig.
14 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a silicon flake having no initial hollow structure prepared in Comparative Example 4. Fig.
15 is an X-ray diffraction (XRD) graph of a silicon flake having no initial hollow structure prepared in Comparative Example 4. Fig.
16 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the silicon flake prepared in Comparative Example 5. Fig.
17 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the silicon flake produced in Comparative Example 6. Fig.
18 is an initial charge / discharge graph of a coin battery manufactured by using the silicon flakes of Example 1 and Example 2 as an active material in Experimental Example 4.
19 is an initial charge / discharge graph of a coin battery manufactured by using the bulk silicon of Comparative Example 1 as an active material in Experimental Example 4. FIG.
20 is an initial charging / discharging graph of a coin battery manufactured by using a silicon flake having a carbon compound of Comparative Example 2 added as an active material in Experimental Example 4. FIG.
21 is an initial charge / discharge graph of a coin battery manufactured by using the carbon-coated porous bulk silicon of Comparative Example 3 in Experimental Example 4 as an active material.
22 is an initial charge / discharge graph of a coin cell manufactured in Experimental Example 4 using a silicon flake having no initial hollow structure of Comparative Example 4 as an active material.
23 is a graph showing the charging / discharging lifetime characteristics of a coin battery manufactured by using the silicon flakes of Example 1 and Example 2 as an active material in Experimental Example 5. FIG.
24 is a graph showing the charging / discharging lifetime characteristics of a coin battery manufactured in Experimental Example 5 using carbon-coated silicon flakes of different thicknesses of Examples 3 and 4 as an active material.
25 is a graph showing the charging / discharging lifetime characteristics of a coin battery manufactured by using the bulk silicon of Comparative Example 1 as an active material in Experimental Example 5. FIG.
26 is a graph showing the charging / discharging lifetime characteristics of a coin battery manufactured by using the silicon flake with the carbon compound of Comparative Example 2 as an active material in Experimental Example 5. FIG.
27 is a graph showing the charging / discharging lifetime characteristics of a coin battery manufactured by using the carbon-coated porous bulk silicon of Experimental Example 5 and Comparative Example 3 as an active material.
28 is a graph showing the charging / discharging lifetime characteristics of a coin battery manufactured by using a silicon flake having no initial hollow structure of Comparative Example 4 in Experimental Example 5 as an active material.
FIG. 29 is a graph showing charge-discharge characteristics according to C-rate of a coin battery manufactured by using the silicon flakes of Examples 1 and 2 as an active material in Experimental Example 6. FIG.
30 is an SEM photograph of the diatomite used in Comparative Example 7. Fig.
31 is a SEM photograph of silicon flakes finally obtained in Comparative Example 7;
32 is an SEM photograph of the slag used in Comparative Example 8;
33 is a SEM photograph of the silicon flakes finally obtained in Comparative Example 8. Fig.
34 is an initial charge / discharge graph of a coin cell manufactured in Experimental Example 4 using the silicon materials of Examples 1, 2, 7, and 8 as an active material, respectively.
35 is a graph showing the charging / discharging lifetime characteristics of a coin battery manufactured by using the silicon material of Examples 1, 2, 7 and 8 in Example 5 as an active material.
36 is a graph showing charge-discharge characteristics according to C-rate of a coin battery manufactured by using the silicon material of Example 1, Example 2, Comparative Example 7, and Comparative Example 8 as an active material in Experimental Example 6. FIG.
37 is a TEM photograph of a silicon flake subjected to a heat treatment at 650 ° C. for 6 hours.
38 is a schematic diagram of a silicon flake having an initial hyperporous structure according to an embodiment of the present invention.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다 Hereinafter, the present invention will be described in further detail with reference to the following examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention and the scope of the present invention is not limited thereto

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

1g의 점토 (Talc)을 0.7g의 마그네슘과 막자 사발을 이용해 균일하게 갈며 섞어주었다. 균일하게 섞인 혼합물을 반응용기에 넣은 후, 650도에서 3시간 동안 아르곤 분위기에서 가열하여 환원반응을 보냈다. 반응을 마친 실리콘 플레이크는 0.5M 200mL 염산 수용액에 넣어 35도에서 3시간 동안 섞어 주며, 산화 마그네슘과 기타 이물질을 제거하였다. 반응 후 남은 실리카의 제거에는, 0.1 내지 5%의 불산에 5 내지 30분 동안 실리콘 플레이크를 섞어 진행하였다. 진공필터를 통해 최종적으로 초기공 구조의 실리콘 플레이크를 합성하였다.1 g of Talc was uniformly mixed with 0.7 g of magnesium and a mortar. The homogeneously mixed mixture was placed in a reaction vessel, and a reduction reaction was performed by heating in an argon atmosphere at 650 ° C. for 3 hours. After the reaction, the silicone flakes were mixed in a 0.5M aqueous 200mL hydrochloric acid solution at 35 ° C for 3 hours, and magnesium oxide and other foreign substances were removed. The removal of the remaining silica after the reaction was carried out by mixing 0.1 to 5% of hydrofluoric acid with silicon flakes for 5 to 30 minutes. Silicon flakes of the initial hollow structure were finally synthesized through a vacuum filter.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

실시예 1에서 합성한 실리콘 플레이크를 900도 아르곤 분위기에서 3분동안 아세틸린 가스를 불어 넣어주며, 반응을 보냈다. 상온까지 자연적으로 식힌 후, 최종적으로 9 nm의 두께로 탄소가 코팅된 실리콘 플레이트를 합성하였다. The silicon flakes synthesized in Example 1 were subjected to acetylene gas blowing for 3 minutes in a 900 degree argon atmosphere, and the reaction was carried out. After cooling naturally to room temperature, a carbon-coated silicon plate was finally synthesized to a thickness of 9 nm.

<실시예 3>&Lt; Example 3 >

상기 실시예 2에서 탄소의 두께를 5 nm로 한 것을 제외하고는 동일하게 실리콘 플레이크를 합성하였다. Silicon flakes were synthesized in the same manner as in Example 2, except that the thickness of the carbon layer was changed to 5 nm.

<실시예 4><Example 4>

상기 실시예 2에서 코팅된 탄소의 두께를 15 nm로 한 것을 제외하고는 동일하게 실리콘 플레이크를 합성하였다. A silicon flake was synthesized in the same manner as in Example 2, except that the thickness of the carbon coated was 15 nm.

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

상기 실리콘 플레이크의 합성 실시예에서 사용된 점토의 종류를 제외하고 모든 과정은 동일하다. 즉, 비교예 1에서 사용한 점토는 Nanoclay이다. All processes are the same except for the kind of clay used in the synthesis example of the silicone flake. Namely, the clay used in Comparative Example 1 is Nanoclay.

<비교예 2>&Lt; Comparative Example 2 &

상기 실시예 1 에서 1 g의 점토와 함께 추가적으로 0.05g의 탄소화합물을 첨가하고 반응시킨 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 하여 산화그래핀이 함께 포함된 실리콘 복합체를 얻었다. A silicone composite including the graphene oxide was obtained in the same manner as in Example 1, except that 0.05 g of carbon compound was added and reacted with 1 g of the clay in Example 1.

<비교예 3> &Lt; Comparative Example 3 &

50g의 벌크 실리콘을 40mM 의 CuSO4 와 5M HF 혼합용액 100 mL에 첨가한 후 50도에서 12시간 동안 교반시킨다. 반응 후, 필터를 통해 대공극을 포함한 다공성 실리콘을 걸러내고, 남아있는 Cu 금속은 50 mL의 질산 용액에 50도에서 3시간 동안 교반하여 제거하였다. 상기 다공성 실리콘을 900도 아르곤 분위기에서 28분동안 아세틸린 가스를 불어넣어주며, 반응을 보냈다. 상온까지 자연적으로 식힌 후, 최종적으로 15중량%의 카본이 코팅된 다공성 실리콘을 합성하였다.50 g of bulk silicon is added to 100 mL of a mixed solution of 40 mM CuSO 4 and 5 M HF, followed by stirring at 50 ° C. for 12 hours. After the reaction, the porous silicon including the large pore was filtered through a filter, and the remaining Cu metal was removed by stirring in 50 mL of nitric acid solution at 50 ° C for 3 hours. The porous silicon was subjected to acetylene gas blowing in a 900 degree argon atmosphere for 28 minutes, and the reaction was carried out. After cooling to room temperature naturally, porous silicon coated with 15 wt% of carbon was finally synthesized.

<비교예 4>&Lt; Comparative Example 4 &

실시예 1에서 사용한 점토의 종류를 일라이트(Illite)로 한 것을 제외하고는 동일하게 실리콘 플레이크를 합성하였다.Silicone flakes were synthesized in the same manner as in Example 1, except that the kind of clay used was Illite.

<비교예 5>&Lt; Comparative Example 5 &

실시예 1에서, 환원 반응 온도를 섭씨 400도로 한 것을 제외하고는 동일하게 실리콘 플레이크를 합성하였다.In Example 1, silicon flakes were synthesized in the same manner except that the reduction reaction temperature was set at 400 deg.

<비교예 6> &Lt; Comparative Example 6 >

실시예 1에서, 환원 반응 시간을 10분으로 한 것을 제외하고는 동일하게 실리콘 플레이크를 합성하였다.In Example 1, a silicon flake was synthesized in the same manner except that the reduction reaction time was changed to 10 minutes.

<비교예 7>&Lt; Comparative Example 7 &

점토 (Talc) 대신에 규조토(Diatomite)를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실리콘 플레이크를 합성하였다.Silicone flakes were synthesized in the same manner as in Example 1, except that diatomite was used instead of clay (Talc).

<비교예 8>&Lt; Comparative Example 8 >

점토 (Talc) 대신에 슬래그를 사용한 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실리콘 플레이크를 합성하였다. 이때 사용된 슬래그는 철 슬래그(iron slag)라고도 불리우며, 그 조성은 CaO (43.3 wt%), SiO2 (34.5 wt%), Al2O3 (13.3 wt%), MgO (3.6 wt%), TiO2 (1.7 wt%), 및 Fe2O3 (1.1 wt%)이었다.Silicone flakes were synthesized in the same manner as in Example 1, except that slag was used instead of clay (Talc). The slag used in this case is also called an iron slag and its composition is CaO (43.3 wt%), SiO 2 (34.5 wt%), Al 2 O 3 (13.3 wt%), MgO (3.6 wt% 2 (1.7 wt%), and Fe 2 O 3 (1.1 wt%).

<실험예 1><Experimental Example 1>

실험예 1-1Experimental Example 1-1

외관 평가를 위해, 실시예 1, 2 및 비교예 1 내지 6에서 사용된 점토와 이를 사용하여 제조된 실리콘 플레이크들, 또는 벌크(bulk) 실리콘의 SEM 사진 및/또는 TEM 사진을 도 1 내지 4, 도 7, 9 내지 11 및 13, 14, 16, 17에 도시하였다.For appearance evaluation, SEM photographs and / or TEM photographs of the clay used in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 6 and silicon flakes or bulk silicon produced using the same, and FIGS. 1 to 4, 7, 9 to 11 and 13, 14, 16, and 17, respectively.

구체적으로, 도 1은 실시예 1에서 사용된 점토(Talc)의 SEM 사진이고, 도 2는 실시예 1에서 최종적으로 수득된 실리콘 플레이크들의 SEM 사진이다.Specifically, FIG. 1 is an SEM photograph of the clay (Talc) used in Example 1, and FIG. 2 is an SEM photograph of the silicon flakes finally obtained in Example 1. FIG.

도 1을 참조하면, 원료 물질인 점토(Talc)의 층상 구조를 확인할 수 있는데, 이는 실리카 및 금속 산화물의 공유결합을 통해 2 내지 4개의 적층된 플레이크들 (flakes)을 포함하며, 이와 같이 적층된 플레이크들(flakes)을 하나의 단위 구조로 할 때, 50 내지 200 nm 의 두께를 가짐을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1, a layered structure of the raw material, Talc, can be identified, which includes 2 to 4 stacked flakes through the covalent bonds of silica and metal oxide, When the flakes are formed into a single unit structure, it can be confirmed that the flakes have a thickness of 50 to 200 nm.

도 2를 참조하면, 실시예 1에서 합성한 실리콘 플레이크는 초기공 구조를 가지고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that the silicon flake synthesized in Example 1 has an initial hollow structure.

또한, 실시예 1에서 최종적으로 수득된 실리콘 플레이크의 구조를 보다 구체적으로 파악하기 위하여, 이에 대한 TEM 사진을 촬영하여 도 3에 나타내었다.In order to more specifically understand the structure of the silicon flake finally obtained in Example 1, a TEM photograph was taken and shown in FIG.

도 3을 참조하면, 실리콘 플레이크들의 표면에 100 내지 150 nm 크기의 대공극이 고르게 형성된 것을 확인할 수 있고, 실리콘 플레이크가 2 내지 4 층으로 쌓여있음을 확인 할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that a large pore size of 100-150 nm is uniformly formed on the surface of the silicon flakes, and it can be confirmed that the silicon flakes are piled up in two to four layers.

도 4의 내부 도면은 도 4의 고배율 이미지이다. 도 4를 참조하면 실리콘 플레이크의 표면에 중기공 및 미세공극이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있다.The internal view of FIG. 4 is the high magnification image of FIG. Referring to FIG. 4, it can be seen that mesopore and micropores are formed on the surface of the silicon flake.

즉, 도 3 및 4를 종합적으로 분석하면, 실시예 1에 따른 실리콘 플레이크는 초기공 구조를 가지고 있음을 알 수 있다.3 and 4, it can be seen that the silicon flake according to Example 1 has an initial hollow structure.

또한, 도 7은, 실시예 2에서 제조된 탄소 코팅된 실리콘 플레이크의 SEM 사진이고, 도 7의 내부 도면은 도 7의 고배율 이미지이다.7 is an SEM photograph of the carbon coated silicon flake made in Example 2, and the internal view of FIG. 7 is the high magnification image of FIG. 7. FIG.

도 7을 참조하면, 탄소층이 코팅된 이후에도 실리콘 플레이크가 초기공 구조를 잘 유지하고 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that even after the carbon layer is coated, the silicon flakes maintain the initial hollow structure.

한편, 도 9는 비교예 1에서 사용된 점토(Nanoclay)의 SEM 사진이고, 도 10은 비교예 1에서 최종적으로 수득된 벌크(bulk) 실리콘의 SEM 사진이다.9 is an SEM photograph of the clay (Nanoclay) used in Comparative Example 1, and Fig. 10 is a SEM photograph of the bulk silicon finally obtained in Comparative Example 1. Fig.

도 9를 참조하면 원료 물질인 점토(Nanoclay)의 층상 구조를 확인할 수 있는데, 이는 실리카 및 금속 산화물의 공유결합을 통해 적층된 나노시트(nanosheet)를 포함하며, 적층된 나노시트(nanosheet)를 하나의 단위 구조로 할 때, 약 10 내지 50 nm 의 두께를 가짐을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the layered structure of the raw material, Nanoclay, includes a nanosheet laminated through covalent bonding of silica and metal oxide, and a laminated nanosheet , It can be confirmed that it has a thickness of about 10 to 50 nm.

반면 도 10을 참조하면, 비교예 1에서 합성한 실리콘은 기존의 층상 구조를 확인할 수 없고, 100 내지 300 nm의 대공극을 주로 가지는 3차원 벌크 실리콘의 구조를 보임을 알 수 있다. On the other hand, referring to FIG. 10, it can be seen that the silicon synthesized in Comparative Example 1 can not confirm the existing layer structure and shows a structure of three-dimensional bulk silicon mainly having large pores of 100 to 300 nm.

나노클레이의 경우, 내부의 금속산화물 (즉, 알루미늄옥사이드)가 negative catalyst(역촉매, heat scavenger)의 역할을 수행할 수 없기 때문에, 환원반응에서 발생한 과량의 발열이 그대로 구조에 전달되면서 작은 크기의 나노클레이들이 뭉친 모습을 확인할 수 있다. 그리고 환원의 결과물로 생긴 MgO를 제거하면서 생긴 100내지 300nm의 대공극이 전부이며, 그로 인해 초기공 구조를 가지 않는다. 이러한 이유로 당연히 기존의 층상구조나, 실리콘 플레이크와 같은 층상구조를 유지할 수 없게 된다.In the case of nanoclays, since the internal metal oxide (ie, aluminum oxide) can not act as a negative catalyst (heat catalyst), the excess heat generated in the reduction reaction is transferred directly to the structure, You can see how nano-clays are assembled. And 100 to 300 nm large pores formed by removing MgO formed as a result of reduction are all, and thus do not have an initial hollow structure. For this reason, it is impossible to maintain a conventional layered structure or a layered structure such as a silicon flake.

도 11은 비교예 2에서 제조된 탄소 화합물이 첨가된 실리콘 플레이크의 SEM 사진이고, 도 11의 내부 도면은 도 11의 고배율 이미지이다.11 is an SEM photograph of a silicon flake to which the carbon compound prepared in Comparative Example 2 is added, and an internal view of FIG. 11 is a high magnification image of FIG.

도 11을 참조하면, 탄소화합물을 첨가하여 합성한 실리콘 플레이크의 경우, 플레이크의 구조는 일정 수준 유지 되는 것을 확인하였으나, 환원반응 시, 탄소화합물이 환원반응을 방해하는 결과로 인해, 기공의 구조가 명확하지 않고, 불균일한 구조가 형성된 것을 확인할 수 있다.11, it was confirmed that the flake structure was maintained at a constant level in the case of silicon flakes synthesized by adding a carbon compound. However, due to the fact that the carbon compound interferes with the reduction reaction during the reduction reaction, It can be confirmed that a non-uniform structure is formed.

도 13은 비교예 3에서 제조된 카본 코팅된 다공성 벌크 실리콘의 SEM 사진이다.13 is a SEM photograph of the carbon-coated porous bulk silicon produced in Comparative Example 3. Fig.

도 13을 참조하면, 대공극으로만 구성된 다공성 구조가 3차원 구조의 벌크 실리콘에 형성되어 있고, 초기공 구조는 확인할 수 없었다.Referring to FIG. 13, the porous structure composed only of the large pores is formed in the three-dimensional bulk silicon, and the initial porous structure can not be confirmed.

더 나아가, 비교예 4에서 최종적으로 수득된 실리콘 플레이크의 구조를 보다 구체적으로 파악하기 위하여, 이에 대한 SEM 사진을 촬영하여 도 14에 나타내었다. Further, in order to more specifically grasp the structure of the silicon flake finally obtained in Comparative Example 4, a SEM photograph was taken and shown in FIG.

도 14를 참조하면 원료 물질인 점토 (illite)로부터 제조된 실리콘은 플레이크의 구조를 보이나, 표면의 초기공 구조가 존재하지 않음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 14, the silicon produced from the raw material illite shows the structure of flakes, but it can be confirmed that there is no initial hollow structure on the surface.

도 15는 비교예 4에서 제조한 초기공 구조가 없는 실리콘 플레이크의 엑스선 회절 (XRD) 그래프이다. 15 is an X-ray diffraction (XRD) graph of a silicon flake having no initial hollow structure prepared in Comparative Example 4. Fig.

또한, 도 16은 비교예 5에서 수득된 실리콘 플레이크의 SEM 사진이고, 도 16의 내부 도면은 도 16의 고배율 이미지이다.16 is an SEM photograph of the silicon flake obtained in Comparative Example 5, and the internal view of FIG. 16 is the high magnification image of FIG.

도 16을 참조하면 400도의 온도 조건에서 합성된 실리콘 플레이크는 사용된 점토 (Talc)의 플레이크를 구조를 가지고 있으나, 기공의 구조가 불규칙하고 초기공 구조를 구현하지 못했음을 알 수 있다. Referring to FIG. 16, it can be seen that the silicon flake synthesized at a temperature of 400 ° C. has a flake structure of the used clay, but the structure of the pore is irregular and the initial hollow structure can not be realized.

보통의 마그네슘 환원반응은 마그네슘의 녹는점근처에서 마그네슘이 녹으면서 실리카와 반응하면서 이루어지는데, 400도에서는 마그네슘이 완벽하게 반응에 참여하지 않아 실리콘 플레이크의 완벽한 환원을 이루어내지 못하고, 그로 인해 초기공 구조 또한 형성되지 못하였다. The normal magnesium reduction reaction occurs when magnesium reacts with silica while the magnesium is dissolved near the melting point of magnesium. At 400 ° C, magnesium does not completely participate in the reaction, resulting in complete reduction of the silicon flake, It was also not formed.

도 17은 비교예 6에서 수득된 실리콘 플레이크의 SEM 사진이다.17 is a SEM photograph of the silicon flake obtained in Comparative Example 6. Fig.

도 17의 내부 도면은 도 17의 고배율 이미지이다. 도 17을 참조하면, 650도 10분 반응 조건에서는 실리콘 플레이크의 표면에 대공극이 형성되지 않았으며, 중공극과 미세공극으로 구성된 층이 표면을 덮고 있음을 알 수 있다. 반응 시간이 10분일 경우, 반응이 충분히 이루어 지지 않아서 실리콘 플레이크는 초기공구조를 완벽하게 이루지 못함을 알 수 있다. 17 is the high magnification image of Fig. Referring to FIG. 17, it can be seen that no large pore was formed on the surface of the silicon flake under the reaction condition of 650 ° C. for 10 minutes, and a layer composed of mesopores and micropores covers the surface. When the reaction time is 10 minutes, the reaction is not sufficiently carried out, indicating that the silicon flakes do not completely complete the initial tool set.

즉, 도 16 및 도 17을 종합적으로 분석하면, 실시예 1에서 적용된 반응온도 및 반응시간을 포함하는 합성 조건의 타당성을 확인할 수 있다.16 and 17, the validity of the synthesis conditions including the reaction temperature and the reaction time applied in Example 1 can be confirmed.

실험예 1-2Experimental Example 1-2

외관 평가를 위해, 비교예 7 및 8에서 사용된 규조토 및 슬래그와, 이를 사용하여 제조된 실리콘 플레이크들의 SEM 사진을 도 30 내지 33에 도시하였다.For appearance evaluation, SEM photographs of the diatomaceous earth and slag used in Comparative Examples 7 and 8 and the silicon flakes made using it are shown in FIGS. 30-33.

구체적으로, 도 30은 비교예 7에서 사용된 규조토의 SEM 사진이고, 도 31은 비교예 7에서 최종적으로 수득된 실리콘 플레이크들의 SEM 사진이다. 30 is an SEM photograph of the diatomite used in Comparative Example 7, and FIG. 31 is an SEM photograph of the silicon flakes finally obtained in Comparative Example 7. FIG.

또한, 도 32는 비교예 8에서 사용된 슬래그의 SEM 사진이고, 도 33은 비교예 8에서 최종적으로 수득된 실리콘 플레이크들의 SEM 사진이다.32 is an SEM photograph of the slag used in Comparative Example 8, and FIG. 33 is an SEM photograph of the silicon flakes finally obtained in Comparative Example 8. FIG.

점토로 활석(Talc)을 사용하여 제조된 실리콘 플레이크에 대한 도 2에서는 2차원 구조의 다공성 실리콘이 합성된 것과 비교하여, 비교예 7에서는 3차원 구조의 다공성 실리콘이, 비교예 8에서는 500nm 크기의 메조포러스 실리콘 입자가 합성되었고, 초기공 구조는 형성되지 않았다. In comparison with the case where the porous silicon of the two-dimensional structure was synthesized, the porous silicon of the three-dimensional structure in Comparative Example 7 and the porous silicon of the comparative example 8 were obtained in comparison with the silicon flakes produced using Talc as the clay, Mesoporous silicon particles were synthesized, and no initial hollow structure was formed.

<실험예 2><Experimental Example 2>

실시예 1에서 최종적으로 수득된 실리콘 플레이크의 반응 시간에 따른 공극 구조 형성과정을 보다 구체적으로 파악하기 위하여 이에 대한 TEM 사진을 촬영하여 도 6에 나타내었다.TEM photographs of the silicon flakes finally obtained in Example 1 are shown in FIG. 6 in order to more specifically understand the process of forming void structure according to the reaction time of the silicon flakes.

도 6을 참조하면, 반응시간이 10분인 경우, 상기 실리콘 플레이크의 대공극 구조를 거의 관찰할 수 없으며, 모든 표면이 중기공으로 이루어져 있는 것을 확인할 수 있다. 두께 또한 상기 점토의 수준보다 오히려 커졌다는 것을 알 수 있다. 또한, 실리콘의 결정성이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, when the reaction time is 10 minutes, the pore structure of the silicon flake can hardly be observed, and it can be confirmed that all the surfaces are composed of the medium phase. It can be seen that the thickness was also larger than the level of the clay. Further, it can be confirmed that the crystallinity of silicon is inferior.

반응시간이 30분인 경우, 대공극의 구조가 구현되기 시작하였으며, 반응열로 인해, 상기 점토의 적층구조에서 박리된 한층의 실리콘 플레이크가 형성된 것을 알 수 있다.When the reaction time is 30 minutes, the structure of the large pore structure has begun to be realized, and it can be seen that due to the heat of reaction, a single layer of silicon flakes peeled off from the laminated structure of the clay is formed.

또한, 실리콘 플레이크의 표면의 50 내지 70 %가 중기공으로 이루어져 있는 것을 확인할 수 있으며, 결정성은 증가하였다는 것을 알 수 있다.Further, it can be confirmed that 50 to 70% of the surface of the silicon flake is composed of a medium-phase core, and the crystallinity is increased.

반응시간이 1시간인 경우, 대공극의 크기가 더 균일해졌으며, 대공극들이 겹쳐서 보이는 것으로 미루어볼 때, 박리되었던 실리콘 플레이크들이 2 내지 3층으로 적층되기 시작하는 것을 알 수 있다.When the reaction time is one hour, the size of the large pores becomes more uniform, and it can be seen that the peeled silicon flakes begin to be stacked in two or three layers, considering that the large pores are overlapped.

또한, 실리콘 플레이크의 표면의 10 내지 30 %가 중기공으로 이루어져 있는 것을 확인할 수 있으며, 결정성은 증가하였다는 것을 알 수 있다.Also, it can be seen that 10 to 30% of the surface of the silicon flake is composed of a medium-phase core, and the crystallinity is increased.

반응시간이 3시간인 경우, 대공극의 크기가 다소 작아졌으며, 3 내지 4층으로 적층된 것을 확인할 수 있다.When the reaction time was 3 hours, the size of the large pore was somewhat smaller, and it can be confirmed that the pore was stacked in 3 to 4 layers.

또한, 실리콘 플레이크의 표면의 중기공 구조가 사라지고, 밀집된 구조의 골조를 확인할 수 있다.Further, the mesoporous structure of the surface of the silicon flake disappears, and a frame of a dense structure can be confirmed.

결론적으로, 도 6의 TEM 사진을 종합적으로 분석하면, 금속 환원제에 의한 반응 초기에는 표면에 중기공들이 과량 형성되고, 시간이 지날수록, 상기 점토의 내부까지 반응이 진행되면서 박리 및 대공극 구조가 또렷해지는 것을 확인할 수 있으며, 반응 시간이 30분을 초과할 경우, 다시 적층되는 모습을 보이며, 대공극의 크기 또한 작아지는 것을 알 수 있다. 따라서, 본원발명에 따른 실리콘 플레이크를 수득하기 위해서는 최소 30분의 반응 시간을 가져야 하며, 상세하게는 1시간 내지 3시간의 반응 시간을 갖는 것이 가장 바람직하다. As a result, the TEM photograph of FIG. 6 is analyzed in a comprehensive manner. In the initial stage of the reaction by the metal reducing agent, mesoporous voids are formed on the surface excessively and the reaction progresses to the inside of the clay as time goes by, And when the reaction time exceeds 30 minutes, it is seen that it is laminated again, and the size of the large pore decreases also. Therefore, in order to obtain the silicone flake according to the present invention, it is necessary to have a reaction time of at least 30 minutes, more specifically, a reaction time of 1 hour to 3 hours.

도 37은 650도 및 6시간의 열처리 반응을 거친 실리콘 플레이크의 TEM 사진이다. 도 37을 참조하면, 열처리 시간을 길게 함에 따라 전체적인 입자의 사이즈가 커짐을 알 수 있다. 이는 전형적으로 고온에서 장시간 반응을 보냈을 때 나타나는 뭉침(aggregation) 현상으로 보여지며, 한가지 더 특이한 점은, 앞서 설명이 되어있듯이 대공극의 크기가 미세하게 작아지며, 그 경계가 뚜렷하게 보이지 않음을 알 수 있다. 그 이유로는 많은 층의 실리콘 플레이크들이 뭉치면서 나타나는 현상이라고도 볼 수 있다.37 is a TEM photograph of a silicon flake subjected to a heat treatment at 650 ° C. for 6 hours. Referring to FIG. 37, it can be seen that as the heat treatment time is increased, the overall particle size increases. This is typically seen as a phenomenon of agglomeration when a long reaction is carried out at high temperatures. One more unusual point is that the size of the large pore becomes finer and the boundary is not clearly visible . The reason for this is that many layers of silicon flakes appear together.

<실험예 3><Experimental Example 3>

실시예 1, 2, 비교예 2 및 4에서 최종적으로 수득된 실리콘 플레이크의 구조를 보다 구체적으로 파악하기 위하여, 이에 대한 XRD 그래프를 작성하여 도 5, 8, 12, 및 15에 나타내었다.In order to grasp the structure of the silicon flakes finally obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 2 and 4, an XRD graph was prepared and shown in FIGS. 5, 8, 12 and 15.

본 측정에 사용한 XRD 장비 (D8 Advance, Bruker)는 3kW 의 X-ray 발전전력, 20kV 측정전압, 50mA 측정전류, 그리고 10도에서 90도의 측정범위에서 측정하였다.The XRD instrument (D8 Advance, Bruker) used for this measurement was measured at 3 kW X-ray generation power, 20 kV measurement voltage, 50 mA measurement current, and 10 ° to 90 ° measurement range.

도 5, 8 및 도 12를 참조하면, 다른 불순물 없이, 순수한 실리콘이 합성되었음을 확인할 수 있다.Referring to Figures 5, 8 and 12, it can be seen that pure silicon was synthesized without any other impurities.

도 8을 참조하면, 얇은 탄소층이 코팅되어 있으나, 이는 XRD 분석을 통해 관측되지 않을 정도의 미비한 수준이고, 도 12를 참조하면, 실리콘과 산화그래핀이 함께 존재함을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 8, although a thin carbon layer is coated, it is insufficient to be observed through XRD analysis. Referring to FIG. 12, silicon and oxidized graphene are present together.

<실험예 4><Experimental Example 4>

실험예 4-1Experimental Example 4-1

상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 4에서 제조된 다양한 실리콘을 음극 활물질로서 사용하고, 결착제로서 PAA(폴리아크릴산)/CMC 및 도전재로서 카본 블랙을 사용하였다. 음극활물질: 결착제: 도전재를 중량비로 8: 1: 1가 되도록 물에 잘 섞어 준 후 18 ㎛ 두께의 Cu 호일에 도포한 후 150℃에서 건조하여 음극을 제조하였다. 양극으로는 리튬 호일을 사용하고, EC(에틸렌카보네이트) : DEC(디에틸카보네이트) = 3 : 7 인 용매에 1M의 LiPF6 및 10 중량비의 FEC(플루오로에틸렌카보네이트)가 들어있는 전해액을 사용하여 하프 코인 셀을 제조하였다.Various silicones prepared in Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 were used as an anode active material, PAA (polyacrylic acid) / CMC as a binder, and carbon black as a conductive material. Negative electrode active material: binder: The conductive material was mixed well with water to a weight ratio of 8: 1: 1, applied to a Cu foil having a thickness of 18 탆, and dried at 150 캜 to prepare a negative electrode. Lithium foil was used as the anode, and an electrolyte solution containing 1 M of LiPF 6 and 10 weight% of FEC (fluoroethylene carbonate) in a solvent of EC (ethylene carbonate): DEC (diethyl carbonate) = 3: A half-coin cell was prepared.

이와 같이 제조된 하프 코인 셀을, 25℃에서 .05C의 인가전류와 0.01에서 1.2 V의 전압 범위에서 충방전 용량을 측정하여 방전 용량 및 충방전 효율 결과를 도 18 내지 22에 나타내었다.The discharge capacity and charge / discharge efficiency results of the thus fabricated half-coin cell were measured at an applied current of 0.25 C at 25 ° C and a voltage range of 0.01 to 1.2 V, and the discharge capacity and charge / discharge efficiency results are shown in FIGS. 18 to 22.

도 18을 참조하면, 실리콘 플레이크들 및 카본 코팅된 실리콘 플레이크들로 제조한 하프 코인 셀은 각 2209/2383 및 2984/3216 의 충/방전 비용량을 나타내고, 각 92.67% 및 92.77% 의 초기 충방전 효율을 나타낸다.Referring to FIG. 18, the half-coin cell made of silicon flakes and carbon coated silicon flakes exhibited charge / discharge ratio capacities of 2209/2383 and 2984/3216, respectively, and initial charging and discharging of 92.67% and 92.77% Efficiency.

반면, 도 19를 참조하면, Nanoclay로부터 제조된 벌크 실리콘으로 제조한 하프 코인 셀은 1772/2497의 충/방전 비용량, 70.96%의 초기 충방전 효율을 나타낸다.On the other hand, referring to FIG. 19, a half-coin cell made of bulk silicon manufactured from Nanoclay exhibits a charge / discharge ratio capacity of 1772/2497 and an initial charge / discharge efficiency of 70.96%.

도 20을 참조하면, 탄소 화합물이 첨가된 실리콘 플레이크로 제조한 하프 코인 셀은 2027/2475의 충/방전 비용량, 81.9%의 초기 충방전 효율을 나타낸다.Referring to FIG. 20, a half-coin cell made of a silicon flake with a carbon compound added exhibits a charge / discharge ratio capacity of 2027/2475 and an initial charge / discharge efficiency of 81.9%.

도 21을 참조하면, Metal-assisted chemical etching 방법을 통해 제조된 탄소 코팅된 다공성 실리콘으로 제조한 하프 코인 셀은 2565/2886의 충/방전 비용량, 88.88%의 초기 충방전 효율을 나타낸다.Referring to FIG. 21, a half-coin cell made of carbon-coated porous silicon manufactured through a metal-assisted chemical etching method exhibits a charge / discharge ratio capacity of 2565/2886 and an initial charge / discharge efficiency of 88.88%.

도 22를 참조하면, 초기공 구조를 가지지 않는 실리콘 플레이크로 제조한 하프 코인 셀은 1243/1381 의 충/방전 비용량을 나타내고, 90.05% 의 초기 충방전 효율을 나타낸다.Referring to FIG. 22, a half-coin cell made of a silicon flake having no initial hollow structure exhibits a charge / discharge ratio of 1243/1381 and exhibits an initial charge / discharge efficiency of 90.05%.

실험예 4-2Experimental Example 4-2

상기 실시예 1, 실시예 2, 비교예 7 및 비교예 8에서 제조된 다양한 실리콘을 음극 활물질로서 사용하고, 결착제로서 PAA(폴리아크릴산)/CMC 및 도전재로서 카본 블랙을 사용하였다. 음극활물질: 결착제: 도전재를 중량비로 8: 1: 1가 되도록 물에 잘 섞어 준 후 18 ㎛ 두께의 Cu 호일에 도포한 후 150℃에서 건조하여 음극을 제조하였다. 양극으로는 리튬 호일을 사용하고, EC(에틸렌카보네이트) : DEC(디에틸카보네이트) = 3 : 7 인 용매에 1M의 LiPF6 및 10 중량비의 FEC(플루오로에틸렌카보네이트)가 들어있는 전해액을 사용하여 하프 코인 셀을 제조하였다.Various silicones prepared in Examples 1, 2, 7 and 8 were used as an anode active material, PAA (polyacrylic acid) / CMC as a binder, and carbon black as a conductive material. Negative electrode active material: binder: The conductive material was mixed well with water to a weight ratio of 8: 1: 1, applied to a Cu foil having a thickness of 18 탆, and dried at 150 캜 to prepare a negative electrode. Lithium foil was used as the anode, and an electrolyte solution containing 1 M of LiPF 6 and 10 weight% of FEC (fluoroethylene carbonate) in a solvent of EC (ethylene carbonate): DEC (diethyl carbonate) = 3: A half-coin cell was prepared.

이와 같이 제조된 하프 코인 셀을, 25℃에서 .05C의 인가전류와 0.01에서 1.2 V의 전압 범위에서 충방전 용량을 측정하여 방전 용량 및 충방전 효율 결과를 도 34에 나타내었다.The discharge capacity and the charging / discharging efficiency of the thus fabricated half-coin cell were measured at an applied current of 0.25 C at 25 캜 and a charging / discharging capacity of 0.01 to 1.2 V in a voltage range.

도 34를 참조하면, 실리콘 플레이크들(실시예 1) 및 카본 코팅된 실리콘 플레이크들(실시예 2)로 제조한 하프 코인 셀은 각 2209/2383 및 2984/3216 의 충/방전 비용량을 나타내고, 각 92.67% 및 92.77% 의 초기 충방전 효율을 나타내었.34, a half-coin cell made of silicon flakes (Example 1) and carbon-coated silicon flakes (Example 2) exhibits charge / discharge ratio capacities of 2209/2383 and 2984/3216, respectively, The initial charging and discharging efficiencies were 92.67% and 92.77%, respectively.

반면, 규조토 및 슬래그로부터 각각 합성한 실리콘의 경우(비교예 7 및 비교예 8), 각 2742/3483 및 2320/2674를의 충방전 비용량을 나타내며, 78.77% 및 86.76의 초기 충방전 효율을 나타내었다.On the other hand, in the case of silicon synthesized from diatomaceous earth and slag (Comparative Example 7 and Comparative Example 8), the respective charge / discharge capacities of 2742/3483 and 2320/2674 are shown, and the initial charge and discharge efficiencies of 78.77% and 86.76 are shown .

결론적으로, 본 발명에 따른 실리콘 플레이크들을 활물질로 사용하는 경우, 벌크 실리콘 및 초기공 구조가 없는 실리콘 플레이크를 사용하는 경우와 비교하여 상당히 높은 초기 충방전 효율을 나타내고, 더 나아가, 탄소 화합물을 포함하는 실리콘 플레이크 및 탄소 코팅된 다공성 실리콘 보다도 높은 초기 충방전 효율을 가짐을 알 수 있다. In conclusion, the use of the silicon flakes according to the present invention as an active material shows a significantly higher initial charge-discharge efficiency as compared with the case of using silicon flakes without bulk silicon and an initial hollow structure, and further, The initial charge / discharge efficiency is higher than that of silicon flake and carbon-coated porous silicon.

<실험예 5><Experimental Example 5>

실험예 5-1Experimental Example 5-1

상기 실시예 3 및 4에서 제조된 탄소 코팅된 실리콘을 음극 활물질로서 사용하고, 결착제로서 PAA/CMC 및 도전재로서 카본 블랙을 사용하였다. 음극활물질: 결착제: 도전재를 중량비로 8: 1: 1가 되도록 물에 잘 섞어 준 후 18 ㎛ 두께의 Cu 호일에 도포한 후 150℃에서 건조하여 음극을 제조하였다. 양극으로는 리튬 호일을 사용하고, EC : DEC = 3 : 7 인 용매에 1M의 LiPF6 및 10 중량비의 FEC가 들어있는 전해액을 사용하여 하프 코인 셀을 제조하였다.The carbon coated silicon prepared in Examples 3 and 4 was used as an anode active material, and PAA / CMC as a binder and carbon black as a conductive material were used. Negative electrode active material: binder: The conductive material was mixed well with water to a weight ratio of 8: 1: 1, applied to a Cu foil having a thickness of 18 탆, and dried at 150 캜 to prepare a negative electrode. Lithium foil was used as the anode, and an electrolyte solution containing 1M LiPF 6 and 10 weight ratio FEC in a solvent of EC: DEC = 3: 7 was used to prepare a half coin cell.

상기에서 제조된 하프 코인 셀들과, 실험예 4에서 제조된 하프 코인 셀들을 이용하여, 0.2C(1C=3A/g)의 전류로 100회 충방전 하여 수명 특성을 평가 하였고, 그 결과를 하기 도 23 내지 도 28에 나타내었다.The lifetime characteristics were evaluated by charging and discharging the half-coin cells manufactured above and the half coin cells manufactured in Experimental Example 4 at a current of 0.2 C (1 C = 3 A / g) 100 times, 23 to Fig. 28.

도 23을 참조하면, 실리콘 플레이크들(실시예 1) 및 카본 코팅된 실리콘 플레이크들(실시예 2)을 활물질로 이용하여 제조한 하프 코인 셀들은 0.2 C rate의 100회 충방전 사이클 후, 각 89.0% 및 94.6% 의 사이클 수명을 나타낸다.Referring to FIG. 23, half-coin cells prepared using silicon flakes (Example 1) and carbon-coated silicon flakes (Example 2) as active materials were subjected to a 100 charge / discharge cycle at a rate of 0.2 C, % And 94.6%, respectively.

도 24를 참조하면, 실시예 3 및 4의 실리콘 플레이크를 활물질로 이용하여 제조한 하프 코인 셀의 0.2 C rate의 100 회 충방전 사이클 후 수명 특성 평가를 나타내었다. 다른 비교예들에 비해서 충분히 좋은 수명 특성을 보였다.Referring to FIG. 24, lifespan characteristics of the half-coin cells prepared by using the silicon flakes of Examples 3 and 4 as an active material after 100 cycles of 0.2 C rate charge / discharge cycle were shown. And showed sufficiently good life characteristics as compared with other comparative examples.

도 25를 참조하면, 비교예 1의 벌크 실리콘을 활물질로 사용하여 제조한 하프 코인 셀은 0.2 C rate의 100회 충방전 사이클 후, 그 수명을 다하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 25, it can be confirmed that the half-cell manufactured using bulk silicon of Comparative Example 1 as an active material has a lifetime after 100 charge / discharge cycles of 0.2 C rate.

도 26을 참조하면, 탄소 화합물이 추가된 실리콘 플레이크로 제조한 하프 코인 셀은 0.2C rate의 충방전 사이클에서도 급격한 감소를 보일 뿐 아니라, 0.5C rate의 70회 충방전 사이클 후에는, 18.3%의 사이클 수명밖에 나타내지 못한다.Referring to FIG. 26, not only the half-coin cell made of silicon flakes with a carbon compound added shows a sharp decrease even at a charge / discharge cycle of 0.2C, but after 18 cycles of charging and discharging at a rate of 0.5C, Cycle life only.

도 27을 참조하면, 카본 코팅된 다공성 실리콘으로 제조한 하프 코인셀 역시 0.2C rate의 100회 충방전 사이클 후, 그 수명을 다하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 27, it can be seen that the half-coin cell made of carbon-coated porous silicon also fulfills its life after 100 charge / discharge cycles at 0.2 C rate.

도 28을 참조하면, 초기공 구조가 없는 실리콘 플레이크로 제조한 하프 코인 셀은 0.2C rate 의 90회 충방전 사이클 후, 71.74% 의 사이클 수명을 나타낸다.Referring to FIG. 28, a half-coin cell manufactured from a silicon flake having no initial hollow structure exhibits a cycle life of 71.74% after 90 cycles of 0.2C rate charge / discharge.

실험예 5-2Experimental Example 5-2

상기 실시예 1, 실시예 2, 비교예 7, 및 비교예 8에서 제조된 다양한 실리콘을 음극 활물질로서 사용하고, 결착제로서 PAA/CMC 및 도전재로서 카본 블랙을 사용하였다. 음극활물질: 결착제: 도전재를 중량비로 8: 1: 1가 되도록 물에 잘 섞어 준 후 18 ㎛ 두께의 Cu 호일에 도포한 후 150℃에서 건조하여 음극을 제조하였다. 양극으로는 리튬 호일을 사용하고, EC : DEC = 3 : 7 인 용매에 1M의 LiPF6 및 10 중량비의 FEC가 들어있는 전해액을 사용하여 하프 코인 셀을 제조하였다.Various silicones prepared in Examples 1, 2, 7 and 8 were used as an anode active material, and PAA / CMC as a binder and carbon black as a conductive material were used. Negative electrode active material: binder: The conductive material was mixed well with water to a weight ratio of 8: 1: 1, applied to a Cu foil having a thickness of 18 탆, and dried at 150 캜 to prepare a negative electrode. Lithium foil was used as the anode, and an electrolyte solution containing 1M LiPF 6 and 10 weight ratio FEC in a solvent of EC: DEC = 3: 7 was used to prepare a half coin cell.

상기에서 제조된 하프 코인 셀들을 이용하여, 0.2C(1C=3A/g)의 전류로 50회 충방전 하여 수명 특성을 평가 하였고, 그 결과를 하기 도 35에 나타내었다.The half-cells thus prepared were charged and discharged 50 times at a current of 0.2 C (1 C = 3 A / g) to evaluate the lifetime characteristics. The results are shown in FIG.

도 35를 참조하면, 실리콘 플레이크들(실시예 1) 및 카본 코팅된 실리콘 플레이크들(실시예 2)로 제조한 하프 코인 셀들은 0.2 C rate의 50회 충방전 사이클 후, 각 100% 및 95.97%의 사이클 특성을 나타낸다. 반면, 규조토와 Ferro-Si로부터 합성한 실리콘의 경우(비교예 7 및 비교예 9), 각 56.47% 및 71.36%의 수명특성을 나타내었다.35, half-coin cells made of silicon flakes (Example 1) and carbon-coated silicon flakes (Example 2) were subjected to 50% charge and discharge cycles at 0.2 C rate, and then 100% and 95.97% Lt; / RTI &gt; On the other hand, in the case of silicon synthesized from diatomaceous earth and ferro-Si (Comparative Example 7 and Comparative Example 9), the life characteristics were 56.47% and 71.36%, respectively.

결론적으로, 본 발명에 따른 실리콘 플레이크들을 활물질로 사용하는 경우, 벌크 실리콘 및 초기공 구조가 없는 실리콘 플레이크를 사용하는 경우와 비교하여 우수한 사이클 수명을 나타내고, 더 나아가 카본 화합물이 추가되어 존재하는 실리콘 플레이크보다 카본 코팅된 실리콘 플레이크를 사용하는 경우에는 그 수명 특성이 상당히 향상되는 효과가 있다.As a result, when using the silicon flakes according to the present invention as an active material, the silicon flakes exhibit excellent cycle life as compared with the case of using the silicon flakes without bulk silicon and the initial hollow structure, and further, In the case of using a carbon-coated silicon flake, the lifetime characteristics are significantly improved.

<실험예 6><Experimental Example 6>

상기 실험예 4에 따라서, 상기 실시예 1과 실시예 2에서 제조된 실리콘 플레이크들을 음극 활물질로서 사용한 하프 코인 셀들을 이용하여, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C, 5C, 10C의 전류로 충방전하는 조건으로 레이트 특성을 평가하여 그 결과를 도 29에 나타내었다.According to Experimental Example 4, half-coin cells using the silicon flakes prepared in Examples 1 and 2 as anode active materials were charged and discharged at currents of 0.2C, 0.5C, 1C, 2C, 5C and 10C , And the results are shown in Fig.

도 29를 참조하면, 실리콘 플레이크(실시예 1) 및 카본 코팅된 실리콘 플레이크(실시예 2)로 제조한 하프 코인 셀들은 10 C rate 에서 약 25 및 585 의 비용량을 나타낸다. Referring to Figure 29, half-coin cells made from silicon flakes (Example 1) and carbon coated silicone flakes (Example 2) exhibit a specific capacity of about 25 and 585 at 10 C rate.

또한, 상기 실험예 4에 따라서, 상기 실시예 1, 실시예 2, 비교예 7 및 비교예 8에서 제조된 실리콘 플레이크들을 음극 활물질로서 사용한 하프 코인 셀들을 이용하여, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C, 5C의 전류로 충방전하는 조건으로 레이트 특성을 평가하여 그 결과를 도 36에 나타내었다.Further, according to Experimental Example 4, half-coin cells using the silicon flakes prepared in Example 1, Example 2, Comparative Example 7, and Comparative Example 8 were used as negative electrode active materials and 0.2C, 0.5C, 1C, 2C, and 5C. The results are shown in FIG.

도 36을 참조하면, 실시예 1의 실리콘 플레이크 및 실시예 2의 카본코팅된 실리콘 플레이크를 음극 활물질로 사용한 경우, 5 C에서 각 134 및 958 의 비용량을 나타내며, 비교예 7의 규조토(Diatomite) 및 비교예 8의 Ferro-Si로부터 각각 합성한 실리콘을 사용한 경우, 각 28 및 87의 비용량을 나타내었다. (비용량의 단위 mAhg-1 )Referring to FIG. 36, when the silicon flakes of Example 1 and the carbon-coated silicon flakes of Example 2 were used as negative active materials, the specific capacities of 134 and 958 at 5 C, respectively, and the diatomite of Comparative Example 7, And Ferro-Si of Comparative Example 8, respectively, the specific capacities of 28 and 87 were shown. (Non-capacity unit mAhg- 1 )

결론적으로, 본 발명에 따른 실리콘 플레이크들을 활물질로 사용하는 경우, 레이트 특성에 있어서도 우수한 성능을 나타내지만, 카본 코팅된 실리콘 플레이크를 사용하는 경우가 레이트 특성 면에서는 월등히 우수함을 알 수 있다.As a result, when silicon flakes according to the present invention are used as an active material, they exhibit excellent performance in terms of rate characteristics. However, the use of carbon-coated silicon flakes is remarkably superior in terms of rate characteristics.

상기 전기화학적인 분석을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 플레이크 및 카본코팅된 실리콘 플레이크가 Mg 환원(reduction)을 통해 합성된 다른 실리콘 물질들보다 초기 효율, 수명 특성, 율 특성에서 모두 우수함을 알 수 있었다.The electrochemical analysis showed that the silicon flakes and the carbon-coated silicon flakes according to an embodiment of the present invention are superior to other silicon materials synthesized through Mg reduction in terms of initial efficiency, lifetime characteristics, and rate characteristics Could know.

이러한 성능향상의 이유는 다음으로 설명할 수 있다. The reason for this performance improvement can be explained as follows.

첫째, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 플레이크는 초기공 구조를 통해 전해액 함침 특성이 크게 향상될 수 있다. 대부분의 다공성 실리콘 구조들은 표면에만 기공들이 존재하는 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 플레이크는 구조전체에 큰 대공극 (Macropore)들이 형성되어 있어, 초기 사이클에서부터 전해액이 전극 물질에 고루 접촉되어 리튬 이온의 확산성 향상에 도움을 줄 수 있다. First, the silicon flake according to one embodiment of the present invention can greatly improve the electrolyte impregnation characteristic through the initial hollow structure. Most of the porous silicon structures have pores only on the surface thereof, whereas the silicon flakes according to an embodiment of the present invention have large macropores formed on the entire structure, so that the electrolyte is uniformly contacted with the electrode material from the initial cycle It can help improve the diffusion of lithium ions.

둘째, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 플레이크는 대공극을 비롯하여 중공극 및 미세공극의 다양한 종류의 기공들로 구성되어 있기 때문에, 부피팽창을 수용하는 측면에서 유리할 수 있다. 다공성 구조를 통해 부피팽창을 완화하였다는 종래의 연구가 있었으나, 이들은 3차원의 다공성 구조를 가진 것에 비하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 플레이크는 2차원의 다공성 구조를 갖는 실리콘 음극활물질로 적용된다는 점에서 완전히 차별화될 수 있다.Second, the silicon flakes according to an embodiment of the present invention may be advantageous in terms of accommodating volume expansion because they are composed of various kinds of pores such as hollow pores and hollow pores and micropores. The silicon flakes according to an embodiment of the present invention are applied to a silicon anode active material having a two-dimensional porous structure, as compared with those having a three-dimensional porous structure. It can be completely differentiated.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 플레이크는 큰 입자 크기에도 불구하고, 높은 C rate에서 우수한 가역용량을 낼 수 있고, 이는 초기공 구조를 통해 전해액 함침특성이 크게 향상되어 리튬 이온의 확산성 향상에 도움이 되고, 부피팽창을 수용하는 측면에서 유리하기 때문이다. 3차원 구조보다 2차원 구조를 가지는 물질이 부피팽창에 있어서 유리한 이유는 똑같은 부피팽창을 가지더라도, 2차원 구조의 물질이 구조의 물질이 그 구조를 더 잘 유지할 수 있으며, 3차원 구조의 물질 또한 여러 사이클 후 구조가 2차원 구조로 바뀌게 되는 모습을 보이기 때문이다. 2차원 구조의 경우, 면방향과 수직방향의 팽창을 가지는데, 같은 부피팽창을 고려하더라도, 실제 전극 내 팽창비율이 훨씬 적으므로, 모든 방향으로 팽창하는 3차원구조의 물질보다 우위에 있다. In addition, the silicon flake according to an embodiment of the present invention can exhibit an excellent reversible capacity at a high C rate in spite of a large particle size, and it is possible to improve the diffusion property of lithium ion And is advantageous in terms of accommodating volume expansion. The reason why a material having a two-dimensional structure than a three-dimensional structure is advantageous in terms of volume expansion is that the material of the two-dimensional structure can maintain the structure of the structure better, and the material of the three- This is because the structure changes into a two-dimensional structure after several cycles. In the case of a two-dimensional structure, it has an expansion in the plane direction and a vertical direction, and even considering the same volume expansion, the actual expansion ratio in the electrode is much smaller, which is superior to the three-dimensional structure material expanding in all directions.

도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 초기공(hyperporous) 구조를 가지는 실리콘 플레이크의 모식도이다. 도 38을 참조하면, 가장 크게 둥글게 형성된 부분이 대공극이며, 그 표면에 위치한 공극들이 중공극과 미세공극에 해당된다. 즉, 중공극 및 미세공극은 실리콘 플레이크의 프레임 표면에 형성되어 있으며, 대공극은 실리콘 플레이크 프레임 내부 즉 프레임 자체에 뚫린 구멍에 해당된다.38 is a schematic diagram of a silicon flake having an initial hyperporous structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 38, the most rounded portion is a large air gap, and pores located on the surface correspond to mesopores and micropores. That is, the hollow pores and the microvoids are formed on the frame surface of the silicon flakes, and the pores correspond to the holes inside the silicon flake frame, i.e., the frame itself.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.

Claims (19)

하기 화학식 1로 표현되고, 초기공(hyperporous) 구조를 가지는 실리콘 플레이크(silicone flake)를 활물질로서 포함하는 것을 특징으로 하는 음극재:
xSi·(1-x)A (1)
상기 식에서,
0.5≤ x ≤1.0이고;
A는 불순물로서, Al2O3, MgO, SiO2, GeO2, Fe2O3, CaO, TiO2, Na2O K2O, CuO, ZnO, NiO, Zr2O3, Cr2O3 및 BaO로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 화합물이다.
An anode material comprising a silicone flake represented by the following formula (1) and having an initial hyperporous structure as an active material:
xSi (1-x) A (1)
In this formula,
0.5? X? 1.0;
A is an impurity, Al 2 O 3, MgO, SiO 2, GeO 2, Fe 2 O 3, CaO, TiO 2, Na 2 OK 2 O, CuO, ZnO, NiO, Zr 2 O 3, Cr 2 O 3 And BaO.
제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 플레이크는 기공 크기가 50 nm 초과 내지 500 nm 범위 내인 대공극, 기공 크기가 2 nm 초과 내지 50 nm인 중공극, 및 기공 크기가 0.5 nm 내지 2 nm인 미세공극을 포함하는 초기공 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 음극재.
The method according to claim 1,
The silicon flake has an initial hollow structure comprising a large void having a pore size in the range of greater than 50 nm to 500 nm, a hollow electrode having a pore size greater than 2 nm to 50 nm, and micropores having a pore size of 0.5 nm to 2 nm And the anode material.
제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 플레이크는 평균 기공 직경이 100 nm 내지 150 nm인 것을 특징으로 하는 음극재.
The method according to claim 1,
Wherein the silicon flake has an average pore diameter of 100 nm to 150 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 플레이크는 전체 부피를 기준으로 10% 내지 50%의 공극률을 가지는 것을 특징으로 하는 음극재.
The method according to claim 1,
Wherein the silicon flakes have a porosity of 10% to 50% based on the total volume.
제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 플레이크는 20 내지 100 nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 음극재.
The method according to claim 1,
Wherein the silicon flake has a thickness of 20 to 100 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 플레이크는 200 nm 내지 50 ㎛의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 음극재.
The method according to claim 1,
Wherein the silicon flake has a size of 200 nm to 50 占 퐉.
제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 플레이크는 BET 표면적이 70 m2/g 내지 250 m2/g인 것을 특징으로 하는 음극재.
The method according to claim 1,
Wherein the silicon flakes have a BET surface area of 70 m 2 / g to 250 m 2 / g.
제 1 항에 있어서,
상기 실리콘 플레이크는 탄소 코팅을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음극재.
The method according to claim 1,
RTI ID = 0.0 &gt; 1, &lt; / RTI &gt; wherein the silicon flake further comprises a carbon coating.
제 8 항에 있어서,
상기 탄소 코팅은 1 내지 100 nm 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 음극재.
9. The method of claim 8,
Wherein the carbon coating has a thickness of 1 to 100 nm.
제 1 항에 따른 실리콘 플레이크를 제조하는 방법으로서,
i) 점토(clay) 및 금속 환원제의 혼합물을 섭씨 500도 내지 800도에서 30 분 내지 6 시간 동안 열처리하는 과정;
ii) 상기 열처리된 혼합물을 산성 용액에 넣어 교반하는 과정; 및
iii) 상기 교반이 완료된 결과물로부터 초기공 구조의 실리콘 플레이크를 수득하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 플레이크의 제조방법.
A method of making a silicone flake according to claim 1,
i) heat treating the mixture of clay and metal reducing agent at 500 to 800 degrees Celsius for 30 minutes to 6 hours;
ii) stirring the heat-treated mixture in an acidic solution; And
and iii) obtaining a silicon flake having an initial hollow structure from the result of the stirring.
제 10 항에 있어서,
상기 실리콘 플레이크의 제조방법은,
iv) 상기 수득된 실리콘 플레이크에 탄소 함유 가스를 공급하며 열처리하는 과정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 플레이크의 제조방법.
11. The method of claim 10,
The method of producing a silicon flake comprises:
and iv) supplying a carbon-containing gas to the silicon flake to heat-treat the silicon flake.
제 10 항에 있어서,
상기 점토는, 점토 광물로서 몬모릴로나이트(montmorillonite), 운모(mica), 활석(talc), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 광물을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 플레이크의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein said clay comprises minerals selected from the group consisting of montmorillonite, mica, talc, and combinations thereof as clay minerals.
제 10 항에 있어서,
상기 금속 환원제는, 상기 점토에 포함되어 있는 실리콘 산화물을 제외한 금속 산화물과 동일한 금속인 것을 특징으로 하는 실리콘 플레이크의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the metal reducing agent is the same metal as the metal oxide excluding the silicon oxide contained in the clay.
제 10 항에 있어서,
상기 과정 i)의 점토와 금속 환원제의 혼합비는, 점토에 포함되어 있는 실리콘 산화물의 산소와 금속 환원제의 몰 비율이 1 : 0.5 내지 1 : 2가 되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 실리콘 플레이크의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the mixing ratio of the clay and the metal reducing agent in the step i) is controlled so that the molar ratio of the oxygen of the silicon oxide contained in the clay to the metal reducing agent is 1: 0.5 to 1: 2.
제 10 항에 있어서,
상기 과정 ii)의 산성 용액에 넣어 교반하는 과정은, 제 1 산성 용액에 넣어 교반하는 과정; 및 제 2 산성 용액에 넣어 교반하는 과정을 순차적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 플레이크의 제조방법.
11. The method of claim 10,
The step of stirring in an acidic solution of the step ii) is carried out by stirring in a first acidic solution; And stirring the mixture in a second acidic solution in sequence.
제 10 항에 있어서,
상기 과정 ii)의 제1 산성 용액 및 제2 산성 용액은 각각 독립적으로 염산, 질산, 황산, 인산, 불산, 과염소산, 염소산, 아염소산, 차아염소산, 요오드산, 및 이들의 조합들로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 플레이크의 제조방법.
11. The method of claim 10,
The first acidic solution and the second acidic solution of step ii) are each independently selected from the group consisting of hydrochloric, nitric, sulfuric, phosphoric, hydrofluoric, perchloric, chloric, chlorous, hypochlorous, &Lt; / RTI &gt; is selected.
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 산성 용액은 염산이고, 제 2 산성 용액은 불산인 것을 특징으로 하는 실리콘 플레이크의 제조방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the first acidic solution is hydrochloric acid and the second acidic solution is hydrofluoric acid.
제 11 항에 있어서,
상기 탄소 함유 가스는, 아세틸렌 가스, 에틸렌 가스, 프로틸렌 가스, 메탄 가스, 에탄 가스 및 이들의 조합에서 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 플레이크의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the carbon-containing gas is selected from acetylene gas, ethylene gas, propylene gas, methane gas, ethane gas, and combinations thereof.
제 11 항에 있어서,
상기 과정 iv)의 열처리는 500도 내지 1000도에서 1분 내지 30분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 실리콘 플레이크의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the heat treatment in step iv) is performed at 500 to 1000 degrees for 1 to 30 minutes.
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